SOMMAIRE

1. INTRODUCTION Page 7

1.1. INTRODUCTION 1.2. MOTIVATION DE L’ETUDE 1.3. DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE 1.4. METHODOLOGIE POUR L’ETUDE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LA COTE

2. DONNEES DE DEPART Page12

2.1. INTRODUCTION 2.2. BATHYMETRIE (GEBCO) 2.3. CARTOGRAPHIE (INC) 2.4. HOULE (GOW) 2.4.1. Description du modèle numérique 2.4.2. Validation de la réanalyse 2.5. VENT ET PRESSION ATMOSPHERIQUE (NCEP/NCAR) 2.6. NIVEAU MOYEN DE LA MER (CSIRO) 2.6.1. Donnees instrumentales issues du maregraphe

3. CLIMAT MARITIME EN PROFONDEURS INDEFINIES ET MANIERE DONT IL EST AFFECTE PAR LE CHANGEMENT CLIMATIQUE Page 22

3.1. INTRODUCTION 3.2. CARACTERISATION DE LA HOULE 3.2.1. Régimes moyens de houle 3.2.2. Régime de houle : valeurs extrêmes 3.2.3. Étude de la variabilité saisonnière de la houle 3.3. CARACTERISATION DU VENT 3.3.1. Régimes moyens du vent 3.3.2. Régimes de vent : valeurs extrêmes 3.3.3. Étude de la variabilité saisonnière du vent 3.4. CARACTERISATION DES OSCILLATIONS DU NIVEAU DE LA MER 3.4.1. Marée astronomique 3.4.2. Marée météorologique 3.5. ANALYSE DE TENDANCES A LONG TERME DES VARIABLES QUI CARACTERISENT LE CLIMAT MARITIME 3.5.1. Variables à modéliser 3.5.2. Méthodologie 3.5.3. Résultats 3.6. INFLUENCE DE DIVERS SCHEMAS CLIMATIQUES SUR LE CLIMAT MARITIME 3.7. RESUME DES RESULTATS ET CONCLUSIONS

4. PROPAGATION DE LA HOULE DES EAUX PROFONDES VERS LA COTE Page 57

4.1. INTRODUCTION 4.2. DOMAINE GEOGRAPHIQUE D’APPLICATION ET DONNEES DE DEPART 4.2.1. Données relatives à la houle 4.2.2. Données relatives au vent 4.2.3. Domaine de propagation 4.3. SELECTION DES ETATS DE MER 4.4. DESCRIPTION DU MODELE DE PROPAGATION UTILISE 4.5. RECONSTRUCTION DE LA SERIE AUX POINTS OBJECTIF 4.5.1. Algorithme d’interpolation RBF 4.5.2. Cálcul des fonctions interpolantes 4.5.3. Recomposition de la série temporelle complète 4.6. RESULTATS RELATIFS A LA HOULE PROPAGEE 4.6.1. Localisation de points objectif sur la côte 4.6.2. Variables relatives à la houle propagée à modéliser et tendances à long terme

5. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LA COTE Page 79

5.1. INTRODUCTION 5.2. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES PLAGES ET LES DUNES 5.2.1. Cote d’inondation 5.2.2. Profil de plage 5.2.3. Forme en plan 5.2.4. Transport littoral 5.3. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE DANS LES ESTUAIRES 5.3.1. Régime hydrologique 5.3.2. Prisme de marée 5.3.3. Entrée de l’embouchure 5.3.4. Volume du haut-fond formé à l’embouchure 5.4. EFFET DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES OUVRAGES MARITIMES 5.4.1. Réflexion 5.4.2. Franchissement 5.4.3. Taille des pièces qui composent les digues 5.5. RESUME DES RESULTATS ET CONCLUSIONS 5.5.1. Pronostic concernant les plages à l’horizon 2050 5.5.2. Pronostic concernant les estuaires à l’horizon 2050 5.5.3. Pronostic concernant les ouvrages côtiers à l’horizon 2050 Page 57 6. CONCLUSIONS Page 130

6.1. INTRODUCTION 6.2. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LE CLIMAT MARITIME (OFF-SHORE) 6.2.1. Description du climat maritime dans des profondeurs indéfinies 6.2.2. Étude de la variabilité du climat maritime 6.2.3. Effets du changement climatique sur le climat maritime 6.3. PROPAGATION DE LA HOULE DES EAUX PROFONDES VERS LA COTE 6.4. CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LA COTE 6.4.1. Pronostic concernant les plages à l’horizon 2050 6.4.2. Pronostic concernant les estuaires à l’horizon 2050 6.4.3. Pronostic concernant les ouvrages côtiers à l’horizon 2050

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1.1. INTRODUCTION des prévisions d’avenir, afin de rendre possible un diagnostic du littoral, qui serve de point de départ. Le présent document fait partie de la première phase du projet d’élaboration d’une stratégie nationale Parmi les agents responsables de la détérioration de d’adaptation du littoral gabonais aux effets du la côte, on peut distinguer, sur le littoral gabonais, les changement climatique, qui s’inscrit lui-même dans actions humaines, telles que l’abattage des mangroves, le cadre d’un projet de renforcement des capacités la surexploitation des ressources halieutiques, la institutionnelles en vue d’une meilleure adaptation de pollution des eaux par les hydrocarbures ou les la côte du Gabon. déchets industriels et domestiques. On peut souligner l’extraction de sable des plages et des cordons littoraux, Cette première phase comprend différents travaux et qui provoquent de brusques déséquilibres au niveau poursuit un double objectif : d’une part, déterminer des dynamiques sédimentaires des plages, ce qui l’influence du changement climatique sur le climat favorise l’érosion côtière. maritime de la côte du Gabon, et d’autre part, analyser les effets prévisibles de ce changement sur le littoral gabonais.

Pour cela, une étude a été entreprise, portant sur les changements survenus au cours des dernières décennies au niveau des variables qui définissent la dynamique littorale gabonaise (niveau de la mer, houle et vent), pour, en premier lieu, caractériser les dynamiques marines existantes actuellement, et ultérieurement, calculer les tendances à long terme concernant ces variables.

Sur la base de ces tendances à long terme, on a estimé les changements prévisibles au niveau de cette dynamique côtière, en extrapolant ces résultats à l’horizon 2050, ainsi que les effets que ces changements pourraient engendrer sur la côte du Gabon en fonction Figure 1.1. Extraction de sable sur une plage au nord de du contexte de changement climatique établi. Libreville (La Sablière). Source : Boussougou I., 2007.

1.2. MOTIVATION DE L’ETUDE À ce sujet, l’étude « Érosion côtière et risques littoraux face aux changements climatiques ; L’érosion côtière et la destruction des écosystèmes du essai d’analyses comparatives des indicateurs de littoral sont le résultat aussi bien d’agents naturels, vulnérabilité à Libreville (Gabon) et Pointe-Noire comme l’action des vagues ou les conséquences du (Congo) » Magloir-Désiré Mouganga évalue la perte changement climatique, que de l’occupation urbaine de plage sèche en raison des extractions de sable, à et industrielle désordonnée du littoral. 2-3 mètres par an sur la plage de La Sablière, au nord de Libreville. L’exploitation durable des ressources naturelles côtières requiert, en premier lieu, d’identifier les L’abattage des mangroves par les pêcheurs locaux, problèmes existants, ainsi que leurs causes et de faire les activités urbaines, industrielles et portuaires, qui Page 8

détruisent la couverture végétale qui protège le littoral 1.3. DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE des actions marines, ainsi que l’occupation urbaine des rives du littoral et des rives fluviales, altèrent La côte du Gabon s’étend sur 950 km (Lebigre, 1983) également de manière importante le littoral du Gabon. de la côte atlantique africaine, limitrophe au nord avec la Guinée équatoriale, et au sud avec la République du D’autre part, une grande partie de l’érosion côtière Congo. se produit par l’action d’agents naturels liés à l’hydrodynamique marine (vagues, courants, marées). Située entre les latitudes 1º09’ N et 3º55’ S, la côte Ces agents se voient particulièrement affectés par de la moitié nord du pays se trouve dans le golfe de les effets du phénomène connu sous le nom de Guinée, qui selon l’Organisation hydrographique changement climatique. internationale (International Hydrographic Organization, IHO), s’étend du nord au sud depuis le La présente étude prétend aborder l’analyse desdits cap Palmas au Libéria, jusqu’au cap López, au Gabon, agents naturels, pour déterminer l’influence du alors que la côte de la moitié sud, est baignée par changement climatique sur ces agents et sur le littoral l’océan Atlantique. côtier du Gabon.

Figure 1.2. Localisation de la côte gabonaise.

Le littoral gabonais présente trois grandes unités l’équateur géographique. Elle inclut les estuaires des morphologiques (Mombo J.B., 2007), représentées sur fleuves Mouni, Mondah et Komo, colmatés de boue la figure 1.3 : et colonisés par les mangroves. La côte est formée par une alternance de plages de sable et de zones Estuaire : vaste zone d’estuaire au nord du pays, rocheuses, et présente de petites falaises entre le cap appartenant géographiquement au Golf de Guinée, Estérias et le cap Santa Clara. entre la frontière avec la Guinée équatoriale et Page 9

Delta de l’Ogooué : grand complexe deltaïque formé nombreuses lagunes littorales, comme celles de principalement par l’embouchure du fleuve Ogooué, Fernan Vaz, Ngové, Ndogo et Banio, qui donnent lieu situé au centre de la côte du Gabon. à des flèches qui se prolongent du sud au nord et qui atteignent les 10 km de long. Gamba-Mayumba : côte pratiquement rectiligne orientée du nord-est au sud-est et couverte de

Figure 1.3. Unités géomorphologiques de la côte du Gabon.

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Cette étude s’est centrée en particulier sur l’analyse des jusqu’à la localité de Mayoumba, et vers le sud, en effets du changement climatique sur 5 zones côtières, suivant le cordon littoral de la lagune de Banio, jusqu’à dont la localisation est indiquée sur la figure 1.4 : la latitude 3,7º S.

Cocobeach : située dans l’estuaire du fleuve Mouni, à la frontière avec la Guinée équatoriale. La zone d’étude s’étend le long de la baie de Corisco, du cap Saint-Jean (Guinée équatoriale) au cap Estérias.

Libreville : située dans l’estuaire du fleuve Komo (plus connu sous le nom d’estuaire du Gabon). La zone d’étude s’étend du cap Estérias, au nord de l’embouchure du fleuve Komo, jusqu’à l’équateur géographique, autour de la localité de Nyonié. Au sud de la ville de Libreville, se trouve le port commercial d’Owendo, doté d’importants terminaux de commerce du bois et des minéraux.

Port Gentil : située à l’abri du cap López, à l’extrémité la plus occidentale du grand delta du fleuve Ogooué. La zone d’étude s’étend de l’embouchure du fleuve Kondjo, à l’intérieur de la baie, le long du littoral du cap, jusqu’à une latitude de 0,85º S sur la côte atlantique. À l’extrémité occidentale du cap se trouvent les installations du principal terminal pétrolier du pays, dont le port fut construit en 1957-1958 et a connu de nombreuses phases d’extension depuis lors, pour s’adapter au tonnage croissant des navires pétroliers.

Gamba : administrativement rattachée à la région d’Ogooué Maritime, bien que les caractéristiques de sa côte soient identiques à celles de la région plus méridionale. La zone d’étude s’étend de l’embouchure du fleuve Ndogo au nord, et tout le long du cordon littoral qui sépare l’océan Atlantique de la lagune de Ndogo, jusqu’à la localité de Gamba. À Gamba se trouve le deuxième terminal pétrolier du Gabon (après Port Gentil). Figure 1.4. Localisation des 5 zones objectif, et géographie Mayumba, située au sud du pays, dans une zone de physique de la côte gabonaise. Source : MOMBO J. B., 2004. plages pratiquement rectilignes, recouvertes d’une forêt à la végétation dense et de lagunes littorales. La zone d’étude s’étend de l’embouchure du fleuve Douigni au nord, le long de la baie de Mayoumba, Page 11

1.4. METHODOLOGIE POUR L’ETUDE DU CHANGEMENT Pour cette analyse de tendances historiques tout au CLIMATIQUE SUR LA COTE long du XXe siècle, il est évident que plus la période historique considérée sera étendue, plus le degré de Le changement climatique peut provoquer des fiabilité (signification statistique) de la prédiction changements au niveau du climat maritime, lequel de la tendance sera important. Par conséquent, il entraîne à son tour des changements tant au niveau serait souhaitable de disposer de bases de données des dynamiques côtières que des caractéristiques des sur au moins 40-50 ans, afin de pouvoir effectuer éléments morphologiques de la côte. des prévisions avec une certaine garantie de succès, concernant ce qui se passera à l’année fixée comme C’est pourquoi la présente étude a un double objectif, horizon. qui se reflète dans la méthodologie suivie. En premier lieu, l’étude aborde l’effet du changement climatique À titre de résumé, nous présentons ci-après l’ébauche sur le climat maritime face aux côtes du Gabon en eaux de structure de la méthodologie suivie, qui coïncide profondes, pour ensuite étudier l’effet du changement sensiblement avec la structure du document rédigé : climatique sur la morphodynamique côtière, dans des profondeurs réduites. Après avoir effectué une préanalyse et une sélection des variables géophysiques les plus pertinentes pour Ces deux niveaux d’étude correspondent également à l’étude du changement climatique et des effets de celui- deux échelles spatiales différentes : ci sur la côte, on procédera à l’analyse de la disponibilité de données de départ et à la présentation de la liste et l’étude du climat maritime et l’influence du changement la description des bases de données existantes. climatique sur celui-ci est menée au niveau régional, en le caractérisant dans chacune des 3 grandes régions Afin de déterminer l’influence du changement qui composent le littoral gabonais ; climatique sur le climat maritime, on a procédé à l’étude des tendances à long terme des variables l’étude des effets du changement climatique sur les climatiques au niveau régional à des profondeurs dynamiques et les éléments morphologiques de la côte indéfinies (niveau de la mer, houle et vent en 2 points est menée au niveau local, dans les 5 zones objectif, pour chacune des 3 principales régions du Gabon), décrites précédemment. et pour cela, une description préalable du climat maritime existant a été réalisée. Cette étude inclut Pour réaliser l’étude des effets du changement également l’influence des indices ou indicateurs climatique sur le climat maritime aussi bien au niveau climatiques existants suivant l’état des connaissances régional que sur le littoral gabonais dans les cinq zones disponibles. La détermination des tendances à long objectif, le travail a consisté dans un premier temps terme est réalisée au moyen d’un modèle de régression à déterminer les tendances des agents de forçage ; qui inclut les effets de la variabilité saisonnière pour c’est-à-dire les changements observés concernant les variables mensuelles et au moyen d’un modèle de le niveau moyen de la mer, la dynamique marine et régression linéaire dans le cas des variables annuelles. sédimentaire. L’estimation des effets de ces changements sur le Pour cela, les tendances historiques tout au long du littoral gabonais nécessite de transférer les données XXe siècle ont été calculées, permettant d’effectuer disponibles à des profondeurs indéfinies jusqu’à la une extrapolation des changements à l’horizon d’une côte. Pour cela, on a procédé à la propagation des séries année précise. historiques relatives à la houle jusqu’à quelque 10 m de profondeur le long de 7 ou 8 points dans chacune Page 12

des cinq zones objectif (Cocobeach, Libreville, Port sont extrapolées jusqu’à l’année fixée comme horizon, Gentil, Gamba et Mayoumba). Et ce, afin de pouvoir soit l’année 2050, afin d’établir les pronostics de réaliser, à partir des résultats de cette propagation, changement des éléments précédents à l’horizon 2050. l’étude au niveau local sur la côte, des tendances à long terme relatives aux variables géophysiques qui ont une incidence sur les différents éléments morphologiques 2. DONNEES DE DEPART présents sur la côte.

Enfin, une étude des effets du changement climatique sur la côte au niveau local, dans les cinq zones objectif 2.1. INTRODUCTION a été réalisée, sur la base des tendances historiques à long terme relatives aux variables géophysiques Le présent chapitre présente une liste des bases de d’intérêt, établies conformément à ce qui a été indiqué données utilisées ainsi que leur description. dans le point précédent. Pour cela, la méthode connue sous le nom de méthode des perturbations a été Les données utilisées pour la définition des utilisée, en analysant les effets sur divers éléments des agents présentés ci-après, ont été obtenues auprès plages, estuaires et ouvrages maritimes présents dans d’organismes ou centres de recherche internationaux les cinq zones objectif du littoral gabonais. qui fournissent cette information librement et gratuitement. Toutefois, au cours de l’étude est Dans le cas des plages, les éléments suivants seront apparue une certaine carence en information relative étudiés : aux dynamiques comme la marée météorologique ou les régimes de pluie et les flux. Pour pallier ce manque, Cote d’inondation dans la mesure du possible, des bases de données Forme en profil propres à l’étude ont été créées. Forme en plan Transport de sédiments 2.2. BATHYMETRIE (GEBCO) Pour les estuaires, les éléments suivants seront analysés : Les données de bathymétrie utilisées dans la présente étude appartiennent au réseau de maille GEBCO_08 Régime hydrologique (General Bathymetric Chart of the Oceans), qui Prisme de marée fournit des données de bathymétrie au niveau global Embouchure (terre et océans), à travers un maillage continu avec Haut-fond formé à l’embouchure une résolution spatiale de 30 secondes.

Pour les ouvrages maritimes :

Réflexion Dépassement Dimension des pièces

Les effets sur la côte sont initialement exprimés en termes de tendances qui, suivant l’hypothèse d’un scénario dans lequel ces tendances restent constantes, Page 13

Figure 2.1. Image de la bathymétrie GEBCO dans l’océan Atlantique. Source : www.gebco.net

Les données sont le résultat de la combinaison de mesures réalisées au moyen d’une sonde depuis des bateaux avec des données mesurées par satellite.

Ce produit est mis à jour périodiquement, et dans Figure 2.2. Image de la bathymétrie GEBCO sur la côte la présente étude, la version de la base de données gabonaise. Source : www.gebco.net utilisée est GEBCO_08 20090202 (février 2009).

Les données ont été obtenues auprès du British La base de données de bathymétrie GEBCO est Oceanographic Data Centre (BODC) par l’une des meilleures bases de données et l’une l’intermédiaire du site Web suivant : des plus réputées, avec une résolution homogène sur l’ensemble du globe. Toutefois, et même si la http://www.gebco.net/ résolution de 30 secondes (qui équivaut à environ 1 km autour de l’équateur géographique) est adaptée à l’analyse du climat maritime en profondeurs indéfinies (offshore), cette résolution limite la précision lors de la caractérisation des dynamiques de la côte.

Ceci est dû au fait que les seules données disponibles relatives à la houle dans la zone se trouvent à des profondeurs indéfinies et pour transférer ces données jusqu’à la côte, il a été nécessaire d’effectuer la propagation de la houle au moyen de modèles qui Page 14

reçoivent nécessairement comme données d’entrée la souhaitable de disposer de bases de données couvrant bathymétrie existante disponible. Pour cette raison, une période d’au moins 40-50 ans, permettant de l’étude des effets du changement climatique sur les 5 déterminer les tendances historiques tout au long du zones objectif décrites dans le chapitre précédent, n’a XXe siècle, avec une signification statistique suffisante. pas pu être réalisée avec plus de précision. Pour cela, les données relatives à la houle utilisées ont été obtenues de la base de données GOW, « Generating 2.3. CARTOGRAPHIE (INC) Ocean Waves », générée par l’Institut d’hydraulique environnementale de Cantabrie (Instituto de Nous avons utilisé les cartes à l’échelle 1/200 000 de Hidráulica Ambiental de Cantabria ou IH-Cantabria), l’Institut National de Cartographie (INC) du Gabon à partir du modèle de reanalyse WaveWatchIII, qui pour les secteurs de Libreville, Port Gentil, Omboué, fournit les spectres et divers paramètres relatifs à la Sette Cama, Tchibanga et Mayoumba. Ces cartes houle au cours de séries temporelles de houle, avec ont permis de couvrir la quasi-totalité du littoral du des données toutes les heures, de 1948 jusqu’à nos Gabon. jours (63 ans de données horaires), dans les océans du monde entier. La résolution spatiale de la réanalyse Carte 1/200 000 Latitudes Longitudes globale est de 1.5º en longitude et de 1º en latitude, Libreville 1º N - 0º N 9.1º E – 10º E à laquelle ont été ajoutées des régions avec une plus grande résolution. Port Gentil 0º N - 1º S 8,666º E – 10º E Omboué 1º S - 2º S 9º E – 10º E Les résultats du modèle appliqué ont été validés à Sette Cama 2º S - 3º S 9.25º E – 10º E l’aide d’enregistrements effectués à partir de bouées Tchibanga 2º S - 3º S 10º E – 11º E réparties dans divers océans. De plus, les données Mayoumba 3º S – 3.75º S 10.25º E – 11º E modélisées ont fait l’objet d’une correction à partir des Tableau 2.1. Cartes utilisées pour caractériser la côte du données observées par satellite. Le produit final de Gabon réanalyse GOW peut par conséquent être considéré comme une source de données appropriée, homogène et optimale pour la caractérisation du climat maritime 2.4. HOULE (GOW) en eaux libres dans le monde entier.

Compte tenu de l’objectif final de la présente étude, il est

Figure 2.3. Maillage global de la réanalyse GOW.

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2.4.1. Description du modèle numérique aussi efficacement que le font d’autres modèles. Le modèle numérique utilisé pour générer les séries de houle est le modèle WaveWatch III (Tolman 1997, Le forçage utilisé dans le modèle de génération de 1999). Il s’agit d’un modèle de troisième génération houle sont des vents à 10 m de hauteur, de résolution développé par la NOAA/NCEP, similaire au modèle temporelle de six heures, et spatiale selon une grille WAM (WAMDIG 1988, Komen et al 1994). WWIII globale gaussienne T62, avec 192 nœuds en longitude est la dernière version développée du modèle initial et 94 en latitude (1,875º en longitude et 1,9041º en WW I élaboré par l’Université de Delft (Tolman latitude en moyenne), provenant de la réanalyse 1989), puis ultérieurement affiné par la NASA pour la atmosphérique NCEP/NCAR des États-Unis (cf. version WWII. section 2.5). Ces vents présentent comme avantages qu’ils couvrent la période 1948-présent et qu’ils sont La version WWIII diffère des versions précédentes en actualisés mois par mois. de nombreux points d’importance, particulièrement notable, qui incluent des aspects en relation avec : 2.4.2.Validation de la réanalyse la structure, la méthode numérique de résolution Les résultats de la réanalyse globale ont été validés et les paramétrisations physiques. WWIII résout avec des données instrumentales issues de bouées ou l’équation de bilan de la densité spectrale. L’hypothèse de satellites. En ce qui concerne les bouées, on a utilisé fondamentale sur laquelle se base la résolution est que le réseau extérieur d’OPPE sur le littoral espagnol et les propriétés du milieu (courants et bathymétrie), les bouées de la NOAA dans le reste du monde, en ainsi que celles du champ de houle varient dans l’espace couvrant des régions avec des conditions de houle et dans le temps, à des échelles beaucoup plus grandes très diverses. Sur la figure 2.4 sont représentées les qu’une longueur d’onde. Une des limites du modèle localisations auxquelles la réanalyse a été validée avec est donc qu’il n’est pas capable de simuler les effets de des enregistrements de bouées à l’échelle globale. propagation de la houle à des profondeurs réduites

Figure 2.4. Bouées d’enregistrement de la houle utilisées pour la validation du maillage global de réanalyse GOW. Page 16

La figure 2.5 montre un exemple de validation réalisée sur la bouée NOAA 46003, utilisée pour vérifier les résultats numériques du maillage global. Les séries correspondent à l’année 2006, alors que les paramètres de corrélation ont été calculés à partir de l’intégralité de l’enregistrement de la bouée.

Figure 2.5. Validation sur la bouée NOAA 46003. Région : Pacifique Nord. Maillage global.

Comme il ressort de la bouée 46003, les résultats (Bias) des données relatives à la hauteur de vague numériques du modèle comparés avec les enregis- significative ont été calculés de mars à mai 2000 (cf. trements instrumentaux présentent une certaine dis- figures 2.6 à 2.8). Les résultats sont analogues à ceux persion. Pour cette raison, il est nécessaire de réaliser obtenus par l’agence NOAA dans son modèle opéra- un étalonnage des résultats numériques pour amélio- tionnel global ; les résultats du modèle opérationnel rer la correspondance des résultats numériques avec de la NOAA peuvent être consultés sur le site Web ceux des enregistrements instrumentaux dans tout le suivant : champ de l’étude. http://polar.ncep.noaa.gov/waves/validation.html. Les résultats de la réanalyse GOW ont également été vérifiés en les comparant avec des mesures effectuées La magnitude des erreurs de la réanalyse GOW in- par satellite. L’erreur quadratique moyenne, l’indice dique que le modèle est approprié pour caractériser le de dispersion (Scatter Index) et l’erreur systématique climat maritime tout le long de la côte du Gabon. Page 17

Figure 2.6. Erreur quadratique moyenne entre la réanalyse GOW et les données satellites (période : mars à mai 2000).

Figure 2.7. Biais entre la réanalyse GOW et les données satellites (période : mars à mai 2000).

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Figure 2.8. Scatter Index entre la réanalyse GOW et les données satellites (période : mars à mai 2000).

2.5. VENT ET PRESSION ATMOSPHERIQUE (NCEP/NCAR) et qu’il s’agit d’un produit périodiquement mis à jour.

Les données relatives à la pression et au vent ont été Les données ont été obtenues depuis le site Web nécessaires pour la génération des données relatives à suivant : la marée météorologique et à la houle en profondeurs réduites dans cette étude. Les données ont été obtenues http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/reanalysis/ à partir du projet de réanalyse NCEP/NCAR de la reanalysis.shtml Physical Sciences Division (NOAA/ESRL), en raison de sa couverture globale, de sa résolution spatiale et de La figure 2.9 représente la vitesse maximale du vent à sa portée temporelle, étant donné qu’elles fournissent 10 m de la surface à l’échelle globale au cours des 10 4 données atmosphériques quotidiennes (résolution dernières années de la réanalyse NCEP. temporelle de 6 heures) depuis 1948 jusqu’à nos jours Page 19

Figure 2.9. Vents maxi- mums de la réanalyse NCEP à 10 m de la surface de 1998 à 2008.

2.6. NIVEAU MOYEN DE LA MER (CSIRO)

Les données relatives au niveau moyen de la mer ont été obtenues du centre CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) depuis le site Web suivant: http://www.cmar.csiro.au/sealevel/sl_data_cmar.html

Figure 2.10. Hausse du niveau global de la mer depuis 1870. Source : CSIRO

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L’estimation la plus récente concernant les variations embarqués sur les satellites des missions TOPEX/ du niveau global de la mer (figure 2.10) est basée Poseidon, Jason-1 and Jason-2/OSTM. Leurs sur les données relevées par satellites depuis 1993 caractéristiques sont les suivantes : (rouge sur la figure 2.10) et depuis 1870, au moyen de la combinaison des niveaux provenant des données avec une résolution spaciale de 1º x 1º, de marégraphes in situ et des schémas spatiaux de la la latitude 65° S à la latitude 65°N ; la donnée reflète variabilité déterminée à partir des données satellites la moyenne mensuelle des mesures, de janvier 1993 (bleu). L’intervalle de confiance n’est pas montré à août 2009. Cette source de données est mise à jour pour l’information fournie par les satellites, pour des périodiquement, à mesure que l’information devient raisons de clartés, mais il est d’environ ±5 mm. disponible.

Dans cette étude, deux types de données ont été Les versions disponibles sont les suivantes : utilisés, pour deux périodes de temps distinctes, de 1950 à 2001 et de 1993 à 2009, avec une période de - version avec ou sans correction du baromètre chevauchement de 8 ans. inverse - version sans paramètre relatif au facteur saisonnier Période 1950 -2001 : (signal annuel ou semi-annuel) ; Durant cette période, l’information relative au niveau - version avec ou sans la correction GIA. de la mer a été reconstruite, suivant la méthode proposée par Church et al. (2004), excepté le fait qu’elle Il apparaît nécessaire de s’arrêter un instant sur le lien a été étendue jusqu’en 2001. Les caractéristiques de ces entre ces données et les surélévations pour des motifs données sont les suivantes : tectoniques. Les mouvements de la terre peuvent être classés en deux types : mouvements lents et maillage avec une résolution spatiale de 1º x 1º et monotones, comme le « Glacial Isostatic Adjustment entre la latitude 65° S jusqu’à 65° N, de janvier 1950 à » (GIA), ou rapides et irréguliers comme la tectonique décembre 2001 et avec une résolution temporelle d’un au Chili, mouvements de nature sismique. mois ; les paramètres relatifs au facteur saisonnier ont été Concernant les seconds, les séismes ne sont pas des retirés des données ; éléments affectés par le changement climatique. Bien la correction du baromètre inverse a été appliquée ; qu’un séisme de grande échelle puisse modifier de la correction GIA (Mitrovica) a été appliquée aux lui-même, ou par le fait qu’il génère des tsunamis, un données apportées par les marégraphes. changement considérable au niveau de la configuration de la côte (par exemple le séisme de l’océan Indien en Cette base de données a été amplement utilisée par 2004 ou les récents survenus au Chili en 2010 et au la communauté scientifique qui se consacre à l’étude Japon en 2011), et par conséquent, la vulnérabilité face du niveau de la mer, afin d’obtenir les tendances au changement climatique. Toutefois, cette étude n’a relatives à l’élévation du niveau moyen de la mer : pas pour objet d’analyser les effets d’une telle nature, Church, J.A., N.J. White, R. Coleman, K. Lambeck étant donné que du point de vue du risque existant and J.X. Mitrovica (2004), Estimates of the Regional face au changement climatique, la configuration de la Distribution of sea level Rise over the 1950 to 2000 côte est considérée comme invariable à grande échelle Period. Journal of Climate, 17, 2609-2625. à long terme. Les considérations de cet autre type sont propres à une étude de l’analyse des risques face aux Période 1993-2009 : tsunamis et autres désastres naturels. Ces données ont été collectées par des altimètres Page 21

En ce qui concerne les mouvements lents d’élévation Séismes (Ex. : Nezugaseki, Japon). Le niveau de la mer ou de subsidence de la terre, la base de données montre un grand bond à partir du tremblement de relative au niveau de la mer présente en partie des terre de 1964, ce qui indique que la terre s’est enfoncée informations concernant la hausse relative du niveau par rapport à la mer. de la mer, c’est-à-dire l’élévation du niveau de la mer par rapport à la terre, par conséquent les effets de ce type Extraction d’eau souterraine (Bangkok, Thaïlande) : de mouvements tectoniques figurent dans l’analyse en raison d’une extraction d’eau souterraine excessive réalisée. La figure 2.11 montre divers exemples du depuis 1960, la terre s’enfonce par rapport à la mer. comportement de différents enregistrements du niveau de la mer qui laissent apparaître différentes Sédimentation (Manila): les dépôts de l’apport fluvial tendances de hausse ou de baisse du niveau relatif de et la terre qui a gagné du terrain sur la mer, provoquent la mer : une élévation du niveau de la mer.

Glacial Isostatic Adjustment (ex. : Stockholm) – (GIA Tendance à long terme (Hawaii): à une localisation ou “Post Glacial Rebound”, PGR). La terre s’élève plus éloignée des effets de la GIA et sans effets sismiques rapidement que le niveau de la mer. enregistrés à l’échelle de temps de l’enregistrement du niveau de la mer.

Figure 2.11. Niveau moyen de la mer en cinq points d’enregis- trement de la planète. Source : Permanent Service for Mean Sea Level (PSMSL)

Page 22

Ces changements au niveau des enregistrements Recherche pour le Développement, IRD) a réalisé un apparaissent parce que les marégraphes mesurent enregistrement horaire (avec interruptions) du niveau les changements au niveau de la mer, mais la station de la mer entre 1980 et 1988. de mesure est installée à la surface et mesure les changements à la surface de la mer par rapport à LES DONNEES ont été obtenues par l’intermédiaire une position fixe sur la terre. Si la terre bouge par de l’Université d’Hawaïi (University of Hawaii Sea rapport à la mer ou inversement, l’enregistrement Level Center, UHSLC), qui permet le téléchargement montrera un changement relatif du niveau de la mer. de ces données à partir du site Web suivant : Pour cette raison, ces deux effets ne peuvent être isolés avec l’information fournie par les marégraphes http://ilikai.soest.hawaii.edu/uhslc/rqds.html exclusivement, comme c’est le cas des données utilisées dans l’étude. Grâce à l’utilisation de récepteurs GPS proches des marégraphes, il serait possible de recueillir 3. CLIMAT MARITIME EN PROFONDEURS le mouvement de la terre et de pouvoir isoler l’effet sur INDEFINIES ET MANIERE DONT IL EST AFFECTE l’enregistrement du niveau de la mer. PAR LE CHANGEMENT CLIMATIQUE D’autre part, les changements au niveau de la pression atmosphérique auraient également une influence sur un changement du niveau de la mer. C’est pourquoi les données utilisées dans l’étude sont corrigées selon 3.1. INTRODUCTION le modèle barocline. Dans ce chapitre est analysée en premier lieu la Dans le chapitre consacré à la caractérisation des dynamique marine qui prédomine sur la côte du dynamiques du milieu marin (chapitre 3), sont Gabon à l’échelle régionale. C’est-à-dire, la houle, le présentés les résultats sur la répartition du niveau vent, la marée astronomique et météorologique et le moyen de la mer et sa variation actuelle sur les côtes niveau moyen de la mer. du Gabon, à partir des données relatives au niveau moyen de la mer au point de latitude 1º S et de La définition du climat maritime en profondeurs longitude 8º E, obtenues par la combinaison des deux indéfinies a été réalisée en utilisant l’outil CAROL, bases de données décrites (1950-2009). développé par IH Cantabria, qui caractérise entre autres le régime moyen et des extrêmes de la hauteur significative de vague et du vent. 2.6.1. Donnees instrumentales issues du maregraphe ON A CONSIDERE LES DONNEES MOYENNES Ensuite, l’analyse des tendances historiques de ces FOURNIES PAR LE MAREGRAPHE SITUE A variables géophysiques qui caractérisent le climat POINTE NOIRE (CONGO) A UNE LATITUDE maritime est réalisée, afin d’évaluer les effets du DE 4º48’ S ET UNE LONGITUDE DE 11º51’ E changement climatique sur le climat maritime (STATION 234 DE LA BASE DE DONNEES JALS, gabonais, ainsi que l’influence de schémas climatiques Joint Archive for Sea Level). au niveau régional.

CE MAREGRAPHE, DEPUIS QU’IL A ETE 3.2. CARACTERISATION DE LA HOULE INSTALLE PAR L’ORSTOM, Office de la recherche scientifique et technique outre-mer du gouvernement L’information relative à la houle dans des profondeurs français (connu depuis 1998 sous le nom d’Institut de indéfinies a été obtenue à partir de la base de données Page 23

de réanalyse GOW (NCEP/NCAR), qui consiste en • Périodes de pic, Tp une série continue de données de houle espacées toutes les heures de 1948 à 2010 inclus (cf. chapitre 2). • Direction moyenne de propagation, Dir L’information comprend 552264 états de mer, d’une Les paramètres précédents ont été extraits pour les durée d’une heure, définis par les paramètres suivants : 63 ans de données disponibles en deux points pour • Hauteur de vague significative, Hs chacune des grandes régions suivant lesquelles se divise le littoral du Gabon (cf. chapitre 1), et dont la • Période moyenne, Tm localisation est montrée sur la figure

Figure 3.1. Localisation des points GOW pour la caractérisation de la houle en profondeurs indéfinies sur la bathymétrie exis- tante (m).

Les coordonnées de ces points et la profondeur à la- quelle ils se trouvent sont indiquées dans le tableau Nº Latitude Longitude Profondeur (m) suivant : 22058 1º N 9º E 869 21816 0º N 7.5º E 2736 21575 1º S 7.5 º E 2636 21335 2º S 9 º E 499 Tableau 3.1. Identification des points GOW pour la caractéri- 12094 3º S 9 º E 1132 sation de la houle en profondeurs indéfinies. 20854 4º S 10.5 º E 1399 Page 24

Pour la détermination des régimes directionnels La figure 3.2 montre les roses des houles obtenues à moyens et des extrêmes de la hauteur de vague partir des données des 6 points pris en compte. significative, des secteurs de 22.5º ont été définis.

GOW 22058 (profondeur=869 m) GOW 21816 (profondeur=2736 m) Estuaire

GOW 21575 (profondeur=2636 m) GOW 21335 (profondeur=499 m) Delta de l’Oougué

GOW 12094 (profondeur=1132 m) GOW 20854 (profondeur=1399 m) Gamba - May umba

Figure 3.2. Roses des houles moyennes en profondeurs indéfinies. Page 25

Ces figures mettent en évidence comment les houles qu’exerce le cap López sur ce point par rapport aux qui règnent et dominent en haute mer proviennent houles du sud/sud-ouest, ce qui donne lieu à la presque en totalité du SSW, à l’exception de certaines réfraction de la houle vers l’ouest. houles provenant du S pour les points localisés à une profondeur plus importante. Cette uniformité de la houle est due au fait que les côtes du Gabon se trouvent dans la zone connue sous Il convient de souligner, au point le plus septentrional le nom de « swell pool » atlantique (cf. figure 3.3), des 6 (GOW 22058), la présence de certaines houles laquelle consiste en une région fortement dominée provenant du sud-ouest, en raison du rôle d’abri par des houles de type swell provenant du sud.

Figure 3.3. Distribution globale de probabilité de swell. Source : Chen et al. 2002

Sur la figure 3.3 (Chen et al. 2002) on observe l’exis- avec des houles de périodes relativement élevées et tence d’une région sur le bord ouest de chacun des avec peu de dispersion directionnelle, sans que l’on océans Atlantique, Pacifique et Indien, avec une forte note non plus de grandes différences entre les trois probabilité de présence de houles de type swell. Ces principales régions dans des profondeurs indéfinies. trois régions sont connues sous le nom de « swell po- ols ». Dans le but d’établir un lien entre la hauteur de vague significative Hs et la période de pic Tp, une distribu- Ceci implique que le climat maritime le long de la côte tion conjointe Hs-Tp a été établie, comme montrée du Gabon est relativement constant dans le temps, sur la figure 3.4. Page 26

Gamba-Mayoumba Delta de l’Oougué Estuaire GOW 12094(profondeur=1132 m) GOW 21575(profondeur=2636m) GOW 22058(profondeur=869m) Figure conjointe 3.4.Distribution hauteur de de pic. significativeet période vague de

GOW 21816(profondeur=2736m) GOW 20854(profondeur=1399 m) GOW 21335(profondeur=499m)

Page 27

La figure précédente permet de conclure que les détermination des régimes des extrêmes. houles moyennes et les plus fréquentes de la zone sont de période comprise entre 10 et 12 secondes, avec des Les paramètres d’ajustement (μ,σ) figurent sur les hauteurs de vague significative moyennes comprises graphiques entre 1 et 1,5 m. Ces périodes de pic correspondent à des houles de type «swell», qui sont les prédominantes dans la zone d’étude comme nous l’avons mentionné précédemment.

3.2.1. Régimes moyens de houle On a obtenu le régime scalaire moyen annuel de hauteur significative de vague en profondeurs indéfinies à partir de bases de données de rétroanalyse correspondant aux 6 points indiqués précédemment.

Ce régime a été ajusté au moyen des distributions de Gumbel de maximums, Log-normale, Normale et Weibull de minimums log-normale, en calculant le coefficient dit de corrélation (ρ2) pour chacune d’entre elles. Plus la valeur de ρ2 est proche de 1, plus l’ajustement sera meilleur.

Pour la série complète de hauteurs de vague significative, dans tous les cas le meilleur ajustement s’est produit pour la distribution log-normale, dont la fonction de distribution est exprimée dans l’équation suivante, où le paramètre μ est la moyenne, et le paramètre σ est l’écart-type.

2 ���� ���÷��1 �2 ��log(x)��÷ log( �� ) log(2 + 1) 1 11�÷2 � F(x) =�x exp ���÷��dx 1 ��� ��1 x2�÷2 2 2 ������� 2 ����� � log 1 ÷ 2�+ log 1 ���÷�÷2 + �÷�÷2 �÷�÷� ����� ��������

La figure 3.5 représente toutes les données de hauteur de vague significative, mais le régime scalaire a uniquement été déterminé dans la plage de probabilité cumulée 10 % 99,5 % (ligne rouge).

La queue inférieure n’a pas été prise en compte, s’agissant de vagues de très petite magnitude, alors que la queue supérieure des données consiste en la Page 28

GOW 22058 (profondeur=869 m) GOW 21816 (profondeur=2736 m) Estuaire

GOW 21575 (profondeur=2636 m) GOW 21335 (profondeur=499 m) Delta de l’Oougué

Mayoumba - GOW 12094 (profondeur=1132 m) GOW 20854 (profondeur=1399 m) Gamba

Figure 3.5. Régime scalaire moyen de la hauteur de vague significative en eaux profondes Page 29

De la même manière que sur les roses des houles, on La figure 3.6 présente le régime scalaire des extrêmes observe une grande uniformité au niveau du régime de la hauteur de vague significative, en indiquant sur moyen des 6 points sélectionnés, sauf pour le point le graphique les paramètres d’ajustement, sur les 6 GOW 22058, situé au nord, qui présente des hauteurs points objectif. de vague significatives inférieures aux autres en raison de l’abri que constitue le cap López face aux houles En conclusion, on observe que dans tous les cas, la prédominantes, de composante sud, en ce point. hauteur de vague pour une période de retour de 50 ans est d’environ 3 m, sauf au point GOW 22058, où 3.2.2. Régime de houle : valeurs extrêmes elle est plus proche de 2,5 m. Ceci est la conséquence, La méthodologie suivie pour obtenir le régime des comme nous l’avons précédemment mentionné, extrêmes en profondeurs indéfinies est basée sur de l’abri que constitue le cap López face aux houles la méthode POT de dépassement d’un seuil et la prédominantes (du sud/sud-ouest) au point le plus distribution généralisée des extrêmes. septentrional des 6 points objectif.

Les valeurs extrêmes sont ajustées à l’un de ces trois distributions, Gumbel, Fréchet et Weibull, selon le théorème des trois queues (Fisher et Tippett, 1928). Ces trois types peuvent être combinés en une seule expression dénommée distribution de valeurs extrêmes généralisées (GEV) à l’aide de l’expression suivante : 1 �����(x �� ) � F(x)= exp�� ���÷ 1 ��� ����

Où :

μ = Paramètre de localisation. ψ = Paramètre d’échelle. ξ = Paramètre de forme.

• Lorsque -0,05 < ξ < 0,05 on obtient la distribution de Gumbel. • Lorsque ξ > 0,05 on obtient la distribution de Fréchet. • Lorsque ξ < -0,05 on obtient la distribution de Weibull.

Par conséquent, on a appliqué la distribution de valeurs extrêmes généralisée aux hauteurs de vague qui dépasse le seul de 99,5 % pour la détermination du régime scalaire des extrêmes du paramètre de l’état de mer, hauteur de vague significative, Hs. Page 30

GOW 22058 (profondeur=869 m) GOW 21816 (profondeur=2736 m) Estuaire

GOW 21575 (profondeur=2636 m) GOW 21335 (profondeur=499 m) Delta de l’Oougué

Mayoumba - GOW 12094 (profondeur=1132 m) GOW 20854 (profondeur=1399 m) Gamba

Figure 3.6. Régime scalaire des extrêmes de hauteurs de vague significative en eaux profondes. Page 31

3.2.3. Étude de la variabilité saisonnière de la houle significative regroupés par mois, ainsi que la direction Pour établir l’importance du facteur saisonnier au du flux moyen d’énergie, lesquels sont représentés sur niveau de la houle, on a analysé à l’aide d’un diagramme la figure suivante. en boîtes, les enregistrements de hauteur de vague

GOW 22058 (profondeur=869 m) GOW 21816 (profondeur=2736 m) Estuaire

' GOW 21575 (profondeur=2636 m) GOW 21335 (profondeur=499 m) Delta de l’Oougué

GOW 12094 (profondeur=1132 m) GOW 20854 (profondeur=1399 m) Gamba - Mayoumba

Figure 3.7. Variation mensuelle de la hauteur de vague significative. Page 32

Les diagrammes en boîtes précédents mettent en La variabilité au niveau de la direction du flux moyen évidence qu’il existe une variabilité saisonnière d’énergie peut être délimitée en termes de direction de avec une augmentation significative de la hauteur flux moyen mensuel à un maximum de 5º. significative de vague (de l’ordre de 0,5 m en termes de hauteur de vague significative moyenne) durant les mois d’été par rapport aux mois d’hiver.

En plus de la hauteur de vague, un autre paramètre pertinent qui décrit le climat maritime est la direction du flux moyen d’énergie de la houle. Cette variable directionnelle complète l’étude de la variabilité climatique de la hauteur de vague, étant donné que la direction du flux moyen de houle conditionne la géomorphologie de la côte, comme la forme en plan d’une plage ou le bilan sédimentaire sur un tronçon de côte. Le flux moyen d’énergie peut être estimé au moyen de l’expression suivante :

11    FE= � gH22 c = � gH c (cos �+ i sin � j) 88s g sg H H

où Hs est la hauteur de vague significative, cg la célérité du groupe correspondant à la période de pic et θH la direction moyenne de la houle dans l’état de mer.

De sorte que la direction du flux moyen d’énergie de la houle, θFE, associée à l’intervalle de temps mensuel ou annuel (N états de mer) se définit comme suit :

��N  �÷� FX i1= �=FE arctan �÷ �÷N  �÷� FY ��i1=

De cette manière, on a analysé la variabilité mensuelle de la direction du flux moyen d’énergie de la houle à chacun des 6 points objectif, comme montré sur la figure 3.8, sur laquelle on observe que la variabilité mensuelle de la direction du flux moyen est relativement réduite, même s’il existe des houles avec une plus grande composante ouest au cours des mois d’été. Page 33

GOW 22058 (profondeur=869 m) GOW 21816 (profondeur=2736 m) Estuaire

GOW 21575 (profondeur=2636 m) GOW 21335 (profondeur=499 m) Delta de l’Oougué

Mayoumba - GOW 12094 (profondeur=1132 m) GOW 20854 (profondeur=1399 m) Gamba

Figure 3.8. Variation mensuelle de la direction de flux moyen de la houle Page 34

3.3. CARACTERISATION DU VENT transformées en magnitude et direction de la vitesse du vent (Vw y θw). L’information relative au vent a été obtenue à partir de la base de données NCEP/NCAR, qui consiste en une Les paramètres précédents ont été extraits pour les 63 série continue de données sur le vent espacées toutes ans de données disponibles en un point pour chacune les 6 heures de 1948 à 2010 inclus (cf. chapitre 2). des grandes régions suivant lesquelles se divise le littoral du Gabon, dont la localisation est montrée sur L’information consiste en 92044 données relatives au la figure 3.9 et dont les coordonnées sont montrées vent, définies par leurs composantes horizontale et dans le tableau 3.2 : verticale, lesquelles, aux effets de cette étude, ont été

Figure 3.9. Localisa- tion des points NCEP/ NCAR pour la carac- térisation du vent.

Nº Latitude Longitude 6 0.952º N 9.375º E 9 0.952º S 7.5º E 14 2.857º S 9.375 º E

Tableau 3.2. Identification des points NCEP/NCAR pour la caractérisation du vent. Page 35

Pour la détermination des régimes directionnels 22.5º ont été définis. La figure 3.10 montre les roses moyens et des extrêmes de la vitesse du vent, de la des houles obtenues à partir des données des 3 points même manière que pour la houle, des secteurs de pris en compte.

NCEP/NCAR 6 Estuaire

NCEP/NCAR 9 Delta de l’Oougué

NCEP/NCAR 14 Figure 3.10. Roses des vents

Gamba - Mayoumba moyens.

Page 36

Ces figures montrent comment les vents régnants proviennent du secteur SW. Il convient de souligner que le point le plus septentrional présente une orientation moyenne du vent beaucoup plus tournée vers l’ouest que les autres points pris en compte. Ceci est dû à la proximité du point pris en compte à terre et à l’orographie régnante dans la zone.

3.3.1. Régimes moyens du vent On a obtenu le régime scalaire moyen annuel de vitesse du vent aux 3 points indiqués précédemment.

Ce régime a été ajusté au moyen des distributions Gumbel de maximums, Log-normale, Normale et Weibull de minimums log-normale, en calculant NCEP/NCAR 6

le coefficient dit de corrélation (ρ2) pour chacune Estuaire d’entre elles. Plus la valeur de ρ2 est proche de 1, plus l’ajustement sera meilleur.

Pour la série complète de vitesses de vent aux 3 points objectif, le meilleur ajustement se produit pour la

distribution normale, dont la fonction de distribution est exprimée dans l’équation suivante, où le paramètre μ est la moyenne, et le paramètre σ est l’écart-type.

2 ���� � � 1 �2 �� �÷x ( 1) ����÷ ��2 + 11�÷2 � F(x) =�x exp ���÷��dx 1 ��� ��2 1 NCEP/NCAR 9 2 �÷2 2 ��� 2 ���÷��� Delta de l’Oougué 21�+ �÷2 + 1 �÷2 ���÷� ��� ������

La figure 3.11 représente toutes les données de vitesse du vent, mais le régime scalaire a uniquement été

déterminé dans la plage de probabilité cumulée 10 % 99,5 % (ligne rouge).

La queue inférieure n’a pas été prise en compte,

s’agissant de vitesses de très petite magnitude, alors Mayoumba que la queue supérieure des données consiste en la - détermination des régimes des extrêmes. NCEP/NCAR 14 Gamba Les paramètres d’ajustement (μ,σ) figurent sur les graphiques. Figure 3.11. Régime scalaire moyen de vitesse du vent. Page 37

À partir de l’observation des régimes moyens obtenus, on peut conclure que la vitesse du vent dans la région du delta de l’Oougué est supérieure à celle dans les autres régions, l’Estuaire étant la région avec des vents de moindre envergure. Toutefois, en raison de la profondeur différente à laquelle se situent les points analysés dans chacune des régions, ces différences peuvent répondre à des effets locaux, non représentatifs du vent dans toute la région.

3.3.2. Régimes de vent : valeurs extrêmes La méthodologie suivie pour obtenir le régime des valeurs extrêmes de vent est basée sur la méthode NCEP/NCAR 6 POT de dépassement d’un seuil et la distribution Estuaire généralisée des extrêmes décrite à la section 3.2.2.

La figure 3.12 représente le régime scalaire des extrêmes de la vitesse du vent, avec indication sur le graphique des paramètres d’ajustement aux 3 points objectif.

On a appliqué la distribution des extrêmes généralisée aux vitesses de vent qui dépassent le seuil de 99,5 % pour la détermination du régime scalaire des extrêmes de ce paramètre. NCEP/NCAR 9 Delta de l’Oougué Dans les régions du delta de l’Oougué et Gamba- Mayoumba, on observe les houles avec la vitesse de vent la plus élevée, associée à une période de retour de 50 ans, proche de 9 m/s, alors que dans la région de l’Estuaire, elle ne dépasse pas les 7 m/s.

3.3.3. Étude de la variabilité saisonnière du vent Pour établir l’importance du facteur saisonnier au niveau du vent, on a analysé à l’aide d’un diagramme Mayoumba en boîtes, les enregistrements de vitesse et de direction - du vent regroupés par mois, comme dans le cas de la houle. NCEP/NCAR 14 Gamba

De ces diagrammes en boîtes, montrés sur la figure 3.13, il ressort qu’il existe une claire variabilité Figure 3.12. Régime scalaire des extrêmes de vitesse du vent. saisonnière au niveau de la magnitude du vent. Alors qu’en ce qui concerne la direction du vent, l’effet saisonnier est visible aussi bien au niveau de la valeur Page 38

moyenne des données qu’au niveau de leur dispersion.

NCEP/NCAR 6 Estuaire

NCEP/NCAR 9 Delta de l’Oougué

NCEP/NCAR 14 Gamba - Mayoumba

Figure 3.13. Variation mensuelle de la vitesse et de la direction du vent. Page39

3.4. CARACTERISATION DES OSCILLATIONS DU NIVEAU DE L’oscillation du niveau moyen de la mer qui a pour LA MER origine l’évolution des systèmes météorologiques, a un caractère aléatoire et elle est dénommée marée Les fluctuations du niveau de la mer par rapport à météorologique. À l’inverse, l’oscillation du niveau son niveau moyen se traduisent par des modifications associé aux mouvements astronomiques a un de la profondeur au niveau de la côte et à proximité caractère déterministe, et elle est dénommée marée de celle-ci, variations qui constituent, à leur tour, astronomique. des variations au niveau des conditions de contour dans lesquelles se propage la houle incidente, ce qui En raison de leur origine distincte, les régimes de ces donne lieu à des changements au niveau du schéma deux marées ont été déterminés séparément. de hauteurs de vague et de courants associés à cette houle. Par conséquent, la caractérisation correcte 3.4.1. Marée astronomique du niveau moyen de la mer et de ses oscillations est L’information nécessaire pour l’obtention du régime fondamentale dans l’analyse des dynamiques marines. du niveau de marée astronomique a été obtenue à partir du marégraphe du réseau JALS, situé au nord Après avoir filtré les oscillations d’onde courte et du Congo, dans la baie de Pointe Noire, lequel a été longue associées à la houle de vent et aux groupes considéré comme étant le plus approprié pour réaliser d’ondes, les oscillations du niveau de la mer qui en la présente étude, en raison de sa proximité. résultent tirent leur origine dans les mouvements de longues périodes associés à la météorologie et aux mouvements astronomiques.

Figure 3.14. Localisation du marégraphe 234, à Pointe Noire.

Page 40

À partir de l’analyse harmonique des données fournies une série temporelle est générée, laquelle peut être par le marégraphe de Pointe Noire, qui présente un statistiquement analysée et avec laquelle est construit enregistrement incomplet de 8 ans de 1980 à 1988 (cf. un régime de niveau de marée astronomique. chapitre 2), on a reconstruit la marée astronomique de 1948 à nos jours (année 2011), afin d’homogénéiser Pour cela, en premier lieu, on estime les principales les données relatives à la marée astronomique avec les composantes harmoniques à partir de l’analyse données disponibles relatives à la houle. des mesures du marégraphe au cours d’une année d’enregistrements continus ou sans beaucoup de À partir de l’information relative aux amplitudes, creux.

Figure 3.15. Modèle de la marée astronomique (ligne rouge) et enregistrement du marégraphe de Pointe Noire (ligne bleue) en juillet 1987. Une fois connues les principales composantes harmo- La série temporelle doit être suffisamment longue niques, on procède au calcul du niveau de la marée en pour inclure l’effet conjoint de toutes les composantes faisant la somme de celles-ci au moyen de l’équation prises en compte. suivante : De cette manière, on a élaboré le régime de niveau de marée astronomique montré au travers de ses 8 a a cos w t fonctions de densité et de distribution dans les figures �=0 +� i( ii��) i1= 3.16 et 3.17. Où : η = Cote de la surface libre a0 = Niveau moyen par rapport au zéro du port ai = Amplitude de la i-ème composante wi est la fréquence de la i-ème composante t est le temps φ i est la phase de la i-ème composante Page 41

Figure 3.16. Histogramme de la marée astronomique (par Figure 3.17. Fonction de distribution de la marée astrono- rapport au niveau moyen de la mer). mique (par rapport au niveau de la mer).

3.4.2. Marée météorologique Concernant la marée météorologique (storm surge), il y a une insuffisance manifeste de données mesurées de façon généralisée dans l’hémisphère sud, et en particulier sur les côtes du Gabon, où l’on ne dispose d’aucun marégraphe dont les mesures sont de libre accès.

Par conséquent, la génération des données de marée météorologique nécessaires pour l’étude a été réalisée à partir des données relatives à la pression du projet de réanalyse NCEP/NCAR de la Physical Sciences Division (NOAA/ESRL), décrite dans le chapitre 2, en appliquant la technique du baromètre inverse, qui consiste à considérer qu’une surpression atmosphérique locale de 1 millibar par rapport à la pression atmosphérique moyenne (1013 millibars) produit 1 cm de baisse de la surface de la mer sur cette Figure 3.18. Histogramme de la marée météorologique au zone. Gabon.

Les figures 3.18 et 3.19 montrent respectivement la fonction de densité et la fonction de distribution de la marée météorologique de la zone d’étude ainsi obtenue. Page 42

de par son caractère déterministe, n’est pas susceptible de subir les altérations dues à l’effet du changement climatique, toutefois l’étude des tendances à long terme que présente la marée météorologique s’avère de grand intérêt. C’est pourquoi on a effectué l’analyse de la marée météorologique moyenne mensuelle et de son quantile annuel de 95 %. Pour l’étude de la houle, une des informations les plus utiles est obtenue à partir de la hauteur de vague significative, Hs, qui informe sur l’intensité de celle-ci.

Dans le cas de la houle, on a sélectionné une variable représentative du régime moyen qui couvre les valeurs les plus communes, et une autre qui caractérise le régime des valeurs 3.5. ANALYSE DE TENDANCES A LONG TERME DES extrêmes au moyen de l’estimation d’un quantile élevé : VARIABLES QUI CARACTERISENT LE CLIMAT MARITIME Hsm : hauteur de vague significative moyenne Dans cette section sont analysés les changements mensuelle survenus au cours des 50 dernières années au niveau des variables environnementales océanographiques au H95%: hauteur de vague seulement dépassée niveau régional, décrites dans les sections précédentes pendant 5 % du temps du présent chapitre. Et ce, en étudiant la corrélation entre ces variables et les différents schémas climatiques Un autre paramètre pertinent qui décrit le climat et en calculant les tendances à long terme. maritime est la direction du flux moyen d’énergie de la houle, θFE , tel que décrit dans la section 3.2.3. Dans Une étude des persistances des tempêtes de houle et ce cas, on a étudié la direction du flux moyen d’énergie de vent est également incluse, en analysant la tendance mensuel. à long terme de la durée et de l’occurrence, ce qui permet d’étudier si les tempêtes ont tendance à être Les tendances à long terme de hauteur de vague ont plus longues ou plus courtes au fil du temps et plus ou été calculées aux 6 points GOW dont la localisation moins fréquentes. est montrée sur la figure 3.1.

3.5.1. Variables à modéliser En ce qui concerne le vent, les variables analysées Une variable fondamentale dans toute étude en sont la vitesse moyenne mensuelle, Vw et la direction relation avec le changement climatique est le niveau moyenne mensuelle, θw pour lesquelles on a calculé moyen de la mer. Dans le cas qui nous intéresse, on a les tendances à long terme aux 3 points NCEP/NCAR étudié les tendances à long terme de la série disponible dont la localisation est montrée sur la figure 3.9. relative au niveau moyen mensuel de la mer. Enfin, l’étude des persistances de tempêtes de houle Concernant les oscillations du niveau de la mer par et de vent est un aspect très important au cours de rapport à son niveau moyen, la marée astronomique, la phase de conception opérationnelle et de la phase Page 43

d’exploitation d’un ouvrage maritime, l’étude de des figures 3.7, 3.8 et 3.13. Pour cette raison, cette la tendance à long terme étant particulièrement variation intra-annuelle a été modélisée dans les séries pertinente, de sorte à pouvoir établir si la durée et la temporelles avec une résolution temporelle inférieure fréquence des tempêtes sont en train de changer, ce à l’année au travers de fonctions harmoniques : qui est un indicateur de la variation de la sévérité de 2t�� 2t la houle. Vble(t) a a cos�� a sin �� b t =+0 1 �÷ +2 �÷ +LT ��TT �� L’étude des persistances sur la côte du Gabon a été élaborée sur les 6 points GOW objectif dans le cas de où T est une année, a1 et a2 sont les coefficients qui tempêtes de houle, et sur les 3 points NCEP/NCAR définissent le facteur saisonnier de la variable et où dans le cas des tempêtes de vent. bLT est la tendance à long terme.

À chaque point, on a choisi une hauteur de vague ou En d’autres occasions, la tendance à long terme une vitesse de vent seuil correspondant au quantile de ne reste pas uniforme dans le temps, comme cela 95 %. Ensuite, on a obtenu la durée des dépassements correspondrait au modèle linéaire, mais elle montre par rapport à ce seuil, de sorte à générer une série une certaine variation temporelle, par conséquent de durées (exprimées en heures de dépassement du il convient d’utiliser un modèle de régression seuil par an) et une série d’occurrences (exprimée en parabolique ou exponentielle du type : nombre de tempêtes qui se sont produites par an). 2 Vble(t)=+ a b12 t + b t 3.5.2. Méthodologie Généralement, l’analyse des tendances s’effectue au moyen de modèles de régression linéaire du type : Où la tendance sera donnée par la pente de la courbe à un instant concret et sera fonction des paramètres

Vble(t)=+ a bLT t b1 et b2.

Pour chaque variable étudiée dans la présente étude, Où l’objectif est de rechercher si le paramètre bLT est on a utilisé le modèle le plus approprié parmi les significatif, avec une tendance positive (+) ou négative modèles précédents d’ajustement des tendances à long (-). terme, alors que dans tous les cas, l’ajustement des

paramètres du modèle a été effectué au moyen de la En général, ce type d’analyse est adapté lorsque le méthode des moindres carrés. résidu (différence entre les données et le modèle) n’apporte aucune information. C’est-à-dire, si l’analyse 3.5.3. Résultats est adaptée lorsqu’il n’existe aucune autre échelle Niveau moyen de la mer d’intérêt qui affecte le résultat final. Toutefois, ceci Le calcul de la tendance à long terme de la série n’est le cas d’aucune des variables d’intérêt dans la zone relative au niveau moyen de la mer, a été effectué au d’étude, dans lesquelles on peut observer de manière moyen du modèle de régression parabolique de la notable une autocorrélation, exprimée sous forme forme suivante : d’importantes fluctuations saisonnières. NMM(t)=� +� t +� t 2 Les variations au long de l’année, détectées au niveau 01 2 des variables d’étude, sont fondamentalement dues à l’intercalation des périodes hiver-été, comme elles ont été identifiées au travers des diagrammes de boîtes L’ajustement au modèle a été réalisé par la méthode Page 44

des moindres carrés, donnant comme résultat les paramètres suivants, lesquels s’avèrent tous significatifs au vu de l’intervalle de confiance de 95 % que présente chacun d’entre eux, comme montré dans le tableau 3.3.

β1 β2 Estimateur Intervalle de confiance Estimateur Intervalle de confiance central de 95 % central de 95 % -65.96 [-78.24 ; -53.69] 0.017 [0.014 ; 0.020] Tableau 3.3. Paramètres d’ajustement et intervalles de confiance du modèle de régression parabolique du niveau moyen de la mer.

Figure 3.20. Valeurs mensuelles du niveau moyen de la mer et modèle de régression étudié pour déterminer les tendances à long terme. Page 45

La tendance à long terme pour le niveau moyen de où T est une année, a1 et a2 sont les coefficients qui la mer a été estimée comme la pente moyenne de la définissent le facteur saisonnier de la variable et où parabole au cours des 10 dernières années (2000- bLT est la tendance à long terme. 2010), avec pour résultat 2,62 mm/an. L’ajustement au modèle a été réalisé par la méthode Marée météorologique des moindres carrés, donnant comme résultat que Le calcul de la tendance à long terme de la série relative tous les paramètres sont significatifs et la tendance à à la marée météorologique a été effectué au moyen du long terme pour la marée météorologique moyenne modèle qui prend en considération la variation des mensuelle s’avère décroissante de -0,14 mm/an. périodes hiver-été, de la forme suivante : Laquelle s’avère d’un ordre de magnitude inférieur à la tendance d’élévation du niveau de la mer. 2t�� 2t MM(t) a a cos�� a sin �� b t =+0 1 �÷ +2 �÷ +LT ��TT ��

Figure 3.21. Valeurs mensuelles relatives à la marée météoro- logique moyenne et modèle de régression étudié pour détermi- ner des tendances.

D’autre part, on a étudié la tendance à long terme du Où bLT est la tendance à long terme. quantile de 95 % annuel au moyen d’un modèle de L’ajustement au modèle a été réalisé par la méthode régression linéaire de la forme suivante : des moindres carrés, donnant comme résultat une tendance à long terme décroissante de -0,13 mm/an.

MM(t)=+ a bLT t Page 46

Figure 3.22. Valeurs du quantile de 95 % relatives à la marée météorologique et modèle de régression étudié pour déterminer des tendances.

Houle dépassée pendant 5 % du temps), un modèle de L’étude des tendances à long terme de la houle a été régression linéaire a été appliqué. réalisée en utilisant le modèle de régression qui combine les tendances à long terme avec la variation Pour les variables mensuelles à tous les points analysés saisonnière intra-annuelle pour les variables Hsm (6 points GOW montrés sur la figure 3.1), aussi bien (hauteur de vague significative moyenne annuelle) la tendance à long terme que l’influence du facteur et θFE (direction du flux moyen d’énergie de la houle saisonnier s’avèrent significatives. Toutefois, pour le mensuelle). quantile de 95 % annuel, les tendances obtenues aux points situés à une profondeur plus importante se Pour la variable H95% (hauteur de vague seulement sont avérées non significatives.

bLT Hsm bLT θFE N° bLT H95% (m/an) (m/an) (º/an) 22058 1.68 0.085 4.26 21816 1.84 0.052 Non significative 21575 1.89 0.049 Non significative 21335 1.88 0.089 4.52 12094 1.95 0.078 3.65 20854 1.94 0.089 4.24 Tableau 3.4. Tendances à long terme pour Hsm (hauteur de vague significative moyenne mensuelle) et θFE (direction du flux moyen d’énergie de la houle mensuelle) et H95% (quantile de 95 % annuel de hauteur de vague significative). Page 47

Pour l’étude de l’occurrence et de la persistance tempêtes qui se sont produites par an et la persistance des tempêtes, on a obtenu, au moyen du modèle comme nombre d’heures annuelles de tempête, en de régression linéaire, la tendance à long terme de considérant comme tempête toute houle dont la l’occurrence moyenne mesurée comme nombre de hauteur de vague est supérieure au quantile de 95 %.

Seuil : bLT occurrence bLT persistance N° Hs 95 % (m) (nbre de tempêtes/an) (nbre d’heures annuelles de tempête/an) 22058 1.68 0.085 4.26 21816 1.84 0.052 Non significative 21575 1.89 0.049 Non significative 21335 1.88 0.089 4.52 12094 1.95 0.078 3.65 20854 1.94 0.089 4.24 Tableau 3.5. Tendances à long terme pour l’occurrence et la persistance de tempêtes de houle.

À titre d’exemple, sur les figures 3.23 et 3.24 est présente les tendances les plus importantes de hausse montré l’ajustement des modèles au point 21335, qui du nombre de tempêtes et de la durée de celles-ci.

Figure 3.23. Nombre de tempêtes annuelles et modèle de régression étudié pour déterminer leurs tendances. Page 48

Figure 3.24. Durée annuelle des tempêtes et modèle de régression étudié pour déterminer leurs tendances.

Vent Pour les variables mensuelles à tous les points analysés L’étude des tendances à long terme du vent a été (les 3 points NCEP/NCAR montrés sur la figure 3.9), réalisée en utilisant le modèle de régression qui aussi bien la tendance à long terme que l’influence du combine les tendances à long terme avec la variation facteur saisonnier s’avèrent significatives. saisonnière intra-annuelle pour les variables de vitesse de vent moyenne mensuelle, Vw et la direction du vent moyenne mensuelle, θw.

bLT Vw bLT θw N° (m/s/an) (º/an) 6 -0.0092 Non significative 9 -0.0136 Non significative 14 -0.0073 -0.0946 Tableau 3.6. Tendances à long terme pour Vw (vitesse du vent moyenne mensuelle) et θw (direction du vent moyenne mensuelle).

La tendance à long terme de l’occurrence et de la persistance des tempêtes de vent, a été obtenue au moyen du modèle de régression linéaire de la même façon que pour les tempêtes de houle. Page 49

Seuil : bLT occurrence bLT persistance N° Vw 95 % (m) (nbre de tempêtes de vent/an) (nbre d’heures annuelles de tempête de vent/an) 6 4.8166416 -0.29661098 -0.50739247 9 6.5802814 -0.27558564 -0.80347542 14 5.9203028 -0.15596198 -0.2640169 Tableau 3.7. Tendances à long terme pour l’occurrence et la persistance de tempêtes de vent

À titre d’exemple est montré l’ajustement des modèles au point 21335, qui présente les tendances les plus importantes de hausse du nombre de tempêtes et de la durée de celles-ci.

Figure 3.25. Nombre de tempêtes de vent annuelles et modèle de régression étudié pour déterminer des tendances.

Page 50

Figure 3.26. Durée annuelle des tempêtes de vent et modèle de régression étudié pour déterminer des tendances.

3.6. INFLUENCE DE DIVERS SCHEMAS CLIMATIQUES SUR De la même manière, dans le cas de la houle, le facteur LE CLIMAT MARITIME saisonnier et les tendances à long terme ne sont pas les seules causes de sa variabilité. L’observation de longues Dans les séries temporelles des variables étudiées, séries de houle a permis de remarquer des variations on a pu observer des variations au fil du temps de par an et par décennie, lesquelles peuvent être dues à différente échelle et magnitude, qui n’ont pas pu être des phénomènes climatiques d’origine atmosphérique. expliquées avec les modèles de régression utilisés dans les sections précédentes, étant donné qu’elles ne Afin d’analyser l’origine de ces variations d’origine répondent ni à des tendances à long terme (modèle inconnue, la présente étude est entreprise, afin linéaire), ni à des oscillations saisonnières (fonctions de confirmer qu’elles contribuent seulement à harmoniques). une certaine variabilité intra-annuelle, qui n’a pas d’incidence sur l’étude du changement climatique qui Si par exemple nous nous centrons sur la variable nous intéresse. niveau de la mer, la tendance à long terme qui se produit peut être clairement reconnue (cf. figure Pour cela, on a considéré une série d’indices de 3.20), laquelle a pu être reconstruite avec le modèle téléconnexion, avec un schéma caractérisé, qui dans de régression décrit dans la section 3.5.2. Mais en de nombreuses études récentes semblent avoir une plus de cette tendance à long terme, on observe des influence notable sur les enregistrements de différentes oscillations de courte période dont l’origine reste variables géophysiques, expliquant en partie leur encore à déterminer. variation saisonnière et interannuelle. Parmi ces indices climatiques, les suivants ont été considérés dans la présente étude : Page 51

Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) annuelle Arctic Oscillation (AO) • Hsm : hauteur de vague significative moyenne East Atlantic oscillation (EA), mensuelle North Atlantic Oscillation (NAO) • H95% : quantile de 95 % de hauteur El fenómeno ENSO (El Nino Southern Oscillation) significative de vague annuelle mesuré par l’indice NINO3 • θFE : flux moyen mensuel d’énergie de la houle Pacific-North America Index (PNA) • Vw : vitesse moyenne mensuelle du vent Southern Hemisphere Annular Mode (SAM) ou • θw : direction moyenne mensuelle du vent Antarctic Oscillation (AAO) Scandinavian index (SCA) Aux effets de l’étude de l’incidence des différents Southern Oscillation Index (SOI) indices de téléconnexion sur la variabilité climatique, Western Pacific index (WP) on a considéré que l’étude des variables précédentes Tropical Northern Atlantic index (TNA) sur un seul point de la côte du Gabon était suffisante, North Tropical Atlantic SST Index (NTA) par conséquent le point GOW 21575 a été choisi pour East Pacific - North Pacific (EP-NP) obtenir les séries de houle ainsi que le point NCEP/ Indian Ocean Dipole (IOD) mesuré au travers du NCAR 9 pour obtenir les séries de vent, les deux ayant Dipole Mode Index (DMI) la même localisation à une latitude de 1º S et une Quasi-Biennial Oscillation (QBO). longitude de 7.5º E.

En tenant compte du fait que les séries temporelles Parmi les indices de la liste précédemment fournie, de données peuvent non seulement s’expliquer par le on a identifié que seuls les indices AMO (Atlantic facteur saisonnier et la tendance à long terme, mais Multidecadal Oscillation), NTA (North Tropical aussi à l’échelle régionale au moyen des schémas Atlantic SST Index) et TNA (Tropical Northern climatiques précédents, on a également étudié les Atlantic index) ont une influence sur le climat de la possibles influences de ces schémas connus. côte du Gabon.

Pour cela, on a utilisé, comme pour l’analyse des Pour évaluer cette influence, en plus des séries tendances à long terme, un modèle de régression temporelles relatives aux variables analysées, il a été linéaire de la forme suivante, pour les variables nécessaire de prendre en compte les séries temporelles annuelles : des différents indices qui ont été obtenus de la NOAA (National Oceanic and Atmosheric Administration, Dans le cas des variables mensuelles, le modèle de auprès du ministère américain du Commerce (US régression utilisé est de la forme : Department of Commerce) depuis son site Web :

2t�� 2t Vble(t) a a cos�� a sin �� b Indice Climatique(t) http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/climateindices/list/ =+0 1 �÷ +2 �÷ +CLI ��TT �� En ce qui concerne le niveau moyen, on a détecté une L’objectif est de détecter si bCLI est significative dans influence significative avec les schémas des indices l’évolution temporelle des variables considérées dans AMO, NTA y TNA, concrètement une influence de 35 cette étude : mm ; 0,8 mm et 29,8 mm par unité d’indice climatique, respectivement. • Niveau moyen de la mer • Marée météorologique moyenne mensuelle À titre d’exemple est fourni le modèle de corrélation • Quantile de 95 % de la marée météorologique obtenu entre le niveau moyen de la mer et l’indice Page 52

AMO, sur lequel on observe que même si le schéma considéré explique en grande partie les fluctuations saisonnières du niveau moyen de la mer, il n’est pas capable de montrer l’influence de la tendance à long terme précédemment calculée.

Figure 3.27. Valeurs mensuelles du niveau moyen de la mer et modèle de régression étudié pour déterminer la corrélation avec l’indice AMO.

La marée météorologique moyenne mensuelle montre Le flux moyen mensuel d’énergie de la houle ne pré- des corrélations significatives avec les indices AMO sente pas non plus de corrélations significatives avec et NTA, de 4,03 mm et -2,19 mm par unité d’indice, aucun des indices climatiques analysés, contrairement respectivement. Toutefois, le quantile de 95 % de la aux variables relatives à la hauteur de houle et la vi- marée météorologique ne subit aucune influence si- tesse et direction du vent, dont les corrélations sont gnificative des schémas climatiques analysés. Si l’on montrées dans le tableau suivant : tient compte des plages de variation des indices consi- dérés, l’influence de ces indices peut expliquer jusqu’à quelque 4 mm de variation au niveau de la marée mé- téorologique. Page 53

Indice bNTA bTNA bAMO Hsm (m / ud. index) 0.0721 0.0709 0.1278 H95% (m / ud. index) Non significative 0.0886 0.1845 Vw (m/s / ud. index) -0.438 -0.295 -0.965 θw (º / ud. index) -2.929 -2.543 Non significative Tableau 3.8. Influence des indices climatiques sur la houle et le vent.

Si l’on prend en compte les plages de variation des analysés, sont de l’ordre de 0,7 à 0,9 m/s et leur indices climatiques considérés, celles-ci peuvent direction peut varier de quelque 5º-6º. expliquer une variation comprise entre 13 et 19 cm au niveau de la hauteur de vague significative moyenne Compte tenu des corrélations obtenues et des plages mensuelle, et entre 18 et 21 cm dans le cas du quantile de variation des différents indices, on a obtenu pour de 95 % de hauteur de vague annuelle. chaque variable, la variabilité maximale de celle- ci, qui peut être expliquée par chacun des schémas Les oscillations au niveau de la vitesse du vent qui climatiques cités : s’expliquent par l’influence des schémas climatiques

Indice NTA TNA AMO NMM (mm) [-0.616 ;0.824] [-29.8 ;41.72] [-17.5 ;17.5] MM50%(mm) [-2.26 ;1.68] Non significative [-2.015 ;2.015] MM95%(mm) Non significative Non significative Non significative θFE (º) Non significative Non significative Non significative Hsm (m) [-0.055 ;0.074] [-0.071 ;0.099] [-0.064 ;0.064] H95% (m) Non significative [-0.088 ;0.124] [-0.092 ;0.092] Vw (m/s) [-0.45 ;0.34] [-0.41 ;0.29] [-0.48 ;0.48] θw (º) [-3.01 ;2.25] [-3.56 ;2.54] Non significative Tableau 3.9. Plage de variation due à l’influence de schémas climatiques.

3.7. RESUME DES RESULTATS ET CONCLUSIONS Vent : le vent régnant provient en général du troisième quadrant, avec des vitesses moyennes comprises entre Ci-après sont résumées en premier lieu les caractéris- 3 et 4 m/s et des vitesses maximales comprises entre tiques du climat maritime existant à des profondeurs 9 et 10 m/s. indéfinies (off-shore) face à la côte du Gabon : Niveau de la mer : la marée météorologique se dé- Houle : le climat maritime à des profondeurs indéfi- place selon un ordre de grandeur de 10 cm, alors que nies (off-shore) face aux côtes du Gabon se caractérise la course de la marée astronomique est de l’ordre de 2 par une prédominance de houles de type swell, prove- m. nant en quasi-totalité du SSW, et par une période de pic prédominante d’environ 10-12 s. La hauteur signi- Afin de correctement identifier les tendances à long ficative de vague moyenne se situe aux alentours de terme des variables qui caractérisent le climat mari- 1-1,2 m, alors que la hauteur de vague en période de time, une étude de sa variabilité a été réalisée, qui retour de 50 ans est d’environ 3 m. inclut à la fois lesdites tendances à long terme et les Page 54

variations saisonnières propres à l’intercalation des matiques sur les fluctuations saisonnières du niveau périodes hiver-été, ainsi que les variations dues à l’in- moyen de la mer, qui permettent d’expliquer des va- fluence de schémas climatiques connus. riations comprises entre -29,8 et 41,72 mm.

En ce qui concerne les conclusions relatives à l’étude Les indices climatiques n’expliquent qu’environ 4 % de de la variabilité saisonnière réalisée, les conclusions la variation totale de la marée météorologique. suivantes ont été tirées : En ce qui concerne la houle, on n’a pas observé d’in- La houle existante est assez uniforme, aussi bien du fluence des indices climatiques sur la direction de point de vue spatial que temporel, du fait que les côtes celle-ci, même si ces indices expliquent des variations du Gabon se situent dans la zone connue comme « au niveau de la hauteur de vague d’environ la moitié swell pool » atlantique, qui est une région fortement de la variation saisonnière observée. dominée par les houles de type swell en provenance du sud. Dans le cas du vent, les variations saisonnières et celles dues aux schémas climatiques sont similaires, Une certaine variabilité saisonnière a été observée, aussi bien en termes de direction que de magnitude. au niveau de la magnitude de la hauteur de vague de l’ordre de 0,5 m, en termes de hauteur de vague Après avoir analysé toutes les causes de la variabilité moyenne mensuelle. Alors que la variabilité saison- du climat maritime, en ce qui concerne l’analyse his- nière de la direction de la houle est inférieure à 5º en torique de la tendance à long terme, les conclusions termes de variabilité de la direction du flux moyen suivantes ont été tirées : mensuel d’énergie de la houle. Une tendance de hausse du niveau de la mer de 2,62 La variabilité saisonnière du vent est évidente en ce mm/an a été obtenue, ce qui implique que d’ici à l’ho- qui concerne son intensité, avec une variation sai- rizon 2050, on prévoit une augmentation du niveau sonnière de plus d’1 m/s en termes de vents moyens. moyen de la mer de quelque 10,2 cm. Toutefois, la variation saisonnière dans la direction moyenne du vent ne dépasse pas les 2º-3º, bien que En ce qui concerne la marée météorologique, la l’on observe qu’au cours des mois d’été, la dispersion tendance à long terme indique une diminution de directionnelle du vent diminue notablement par rap- quelque -0,14 mm/an, aussi bien dans le cas des ma- port au reste de l’année. rées moyennes que des marées extrêmes, ce qui im- plique une réduction d’environ 5 % d’ici à l’horizon En ce qui concerne l’influence de schémas climatiques 2050, qui en termes absolus correspond à une dimi- connus sur le climat maritime, on a pu observer des nution de quelque 5,5 mm. corrélations significatives entre ceux-ci et les indices AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation), NTA En ce qui concerne les changements prévus au niveau (North Tropical Atlantic SST Index), et TNA (Tro- de la houle, on a observé des tendances significatives pical Northern Atlantic index), qui expliquent dans à long terme, de hausse des hauteurs de vague, aussi une large mesure des fluctuations de période relative- bien moyennes qu’extrêmes, ainsi qu’une tendance à ment courte au niveau des variables étudiées, et ce qui la rotation horaire de la houle incidente. Aussi bien a permis de mettre en évidence son influence sur les dans le cas des hauteurs de vague moyennes qu’ex- tendances à long terme : trêmes, l’augmentation de nos jours à l’horizon 2050 est de l’ordre de 4 % (cf. figures 3.28 et 3.29). En ce Il ressort une grande influence desdits schémas cli- qui concerne la rotation du flux moyen d’énergie, on Page 55

peut s’attendre, de nos jours (année 2011) à l’horizon nue aussi bien vers le nord que vers le sud dudit cap 2050, à une rotation comprise entre 1º et 2º dans le (cf. figure 3.30). sens horaire, maximale face à cap López, et qui dimi-

Figure 3.28. Hausse de la hauteur de vague Figure 3.29. Hausse du quantile de 95 % de la moyenne mensuelle, Hsm, (%) de nos jours à hauteur de vague, H95%, (%) de nos jours à l’horizon 2050. l’horizon 2050.

De la même manière, on a observé des tendances à la hausse du nombre et de la durée des tempêtes. À l’ho- rizon 2050, on s’attend à ce que se produisent jusqu’à 3 tempêtes de plus par an et jusqu’à 7 jours de plus en ce qui concerne la durée annuelle des tempêtes (cf. figures 3.31 et 3.32).

Figure 3.30. Variation de la direction du flux moyen, θFE, (º) de nos jours à l’horizon 2050. Rotation horaire positive. Page 56

Figure 3.31. Variation du nombre annuel de Figure 3.32. Variation de la durée annuelle des tempêtes, de nos jours à l’horizon 2050. tempêtes (h), de nos jours à l’horizon 2050.

En ce qui concerne le vent, on a observé des tendances vent (cf. figures 3.34 et 3.35), ainsi qu’une tendance significatives de diminution, aussi bien au niveau à la rotation antihoraire de 3,7º de rotation à des de la magnitude des vents moyens (cf. figure 3.33) profondeurs indéfinies, d’ici à l’horizon 2050 au point que de l’occurrence et de la durée des tempêtes de le plus méridional des 3 points étudiés.

Figure 3.33. Variation au niveau de la vitesse du vent, Vw, (m/s) de nos jours à l’horizon 2050.

Page 57

Figure 3.34. Variation au niveau du nombre Figure 3.35. Variation au niveau de la durée annuel de tempêtes de vent de nos jours à annuelle des tempêtes de vent (h) de nos jours l’horizon 2050. à l’horizon 2050.

En définitive, les effets du changement climatique 4. PROPAGATION DE LA HOULE DES EAUX PROFONDES sur le climat maritime face aux côtes du Gabon (off- VERS LA COTE shore) se résument à une augmentation de l’intensité des houles incidentes, aussi bien en raison de la hausse de la hauteur de vague que de la rotation horaire dans la direction d’incidence de la houle. 4.1. INTRODUCTION

Cette augmentation de l’intensité des houles dans la Il s’avère indispensable de disposer au départ d’une zone d’étude, lesquelles sont fondamentalement de connaissance appropriée de l’hydrodynamique type swell et qui par conséquent ont été générées loin dans les zones côtières, pour l’étude des effets du des côtes du Gabon, contraste avec l’adoucissement changement climatique sur la côte ; plus encore, la des conditions atmosphériques locales, ce qui se qualité des données qui configurent les actions qui manifeste par une diminution aussi bien de l’intensité sont exercées sur les côtes conditionne la validité des des vents que de la marée météorologique. études réalisées.

Enfin, il convient de souligner la détection d’une hausse Dans la majorité des cas, la houle est l’une des actions du niveau moyen de la mer de 2,62 mm/an, qui dépasse, prédominantes et par conséquent, il est nécessaire d’en au niveau de la magnitude, la diminution prévue avoir une connaissance précise à l’endroit spécifique pour la marée météorologique et qui par conséquent de l’étude. Toutefois, la houle n’est connue, a priori, sera un élément particulièrement pertinent lors de la qu’à des profondeurs indéfinies, trop éloignées de la détermination des effets du changement climatique côte, comme c’est le cas dans la présente étude. sur la côte dans des profondeurs réduites. Page 58

Même si la base de données relative à la houle GOW indéfinies vers les points objectif, proches de la côte. a été utilisée directement pour la caractérisation du Pour cela, il est nécessaire de propager la houle à climat maritime dans des profondeurs indéfinies, partir des eaux profondes en modélisant correctement ainsi que pour l’analyse des effets du changement tous les phénomènes qui affectent la houle dans sa climatique sur celui-ci, dans des profondeurs réduites, propagation jusqu’à la côte : réfraction, diffraction, il est cependant nécessaire de transférer les données effet de petits fonds (shoaling) et déferlement, qui disponibles concernant la houle, des profondeurs sont schématisés sur la figure suivante.

Figure 4.1. Schéma des processus physiques les plus importants subis par la houle

De la même manière, il convient de considérer l’effet Le domaine d’application du modèle de propagation du vent sur la houle et la variabilité à la fois de la houle est lié à la disponibilité des données relatives à la houle et du vent, si le domaine de propagation est suffisam- et au vent, étant donné que la localisation de ces der- ment étendu. niers détermine le contour du domaine.

La méthodologie employée pour réaliser la propaga- 4.2.1. Données relatives à la houle tion offre une réponse à tous ces besoins. L’information relative à la houle dans des profondeurs indéfinies a été obtenue en chacun des 13 points mon- 4.2. DOMAINE GEOGRAPHIQUE D’APPLICATION ET trés sur la figure 4.2. DONNEES DE DEPART Page 59

4.2.2. Données relatives au vent De la même manière que pour la houle en profondeurs indéfinies, on a obtenu la vitesse du vent à 10 m au- dessus du niveau de la mer (Vw) et la direction du vent (θw) en 35 points disposés tous les 1,875º en longitude et tous les 1,8609º en latitude, et compris entre les latitudes 6,666º S et 4,7618º N et les longitudes 7,5º E et 12,15º W, à partir de la série de données disponibles fournies par NCEP/NCAR (cf. chapitre 2).

Compte tenu du fait que la base de données relative au vent utilisée consiste en une série continue de données espacées toutes les 6 heures de 1948 à 2010 inclus, il a été nécessaire d’interpoler les résultats de celle-ci chaque heure pour obtenir une base de données cohérente avec la base de données utilisée pour la houle.

4.2.3. Domaine de propagation D’une part, la localisation des données relatives à la houle (cf. figure 4.2), situées à grande distance de la côte, oblige à une propagation dans un domaine de grande taille, ce qui empêche la discrétisation de celui- ci avec une résolution analogue à celle que présente la bathymétrie disponible (30 secondes).

Cette information est obtenue à partir de la base de Pour cela, la propagation de la houle a été réalisée à données de réanalyse GOW (NCEP/NCAR), qui deux niveaux d’échelle différents : consiste en une série continue de données relatives à la houle, espacées chaque heure de 1948 à 2010 inclus Maillage général : maillage de 6º x 9º avec une (cf. chapitre 2), pour les variables suivantes : résolution de 90 secondes. Maillage de détail : 4 maillages nichés dans le maillage Hauteur de vague significative de la mer composée, Hs général avec une résolution de 30 secondes. Période moyenne de la mer composée, Tm Période de pic de la mer composée, Tp Les maillages utilisés, aussi bien le général (MG) que Direction moyenne de propagation de la mer les 4 maillages de détail (M1, M2, M3 y M4) sont composée, θm montrés sur la figure 4.3. Un spectre JONSWAP de houle reconstruit à partir des paramètres précédents a été propagé en partant de chacun des 13 points précédents. Page 60

d’états de mer à propager, puis ultérieurement, au moyen de méthodes d’interpolation, on transfert toute la base de données. Pour la sélection des états de mer à propager, on a appliqué l’algorithme de sélection dit de dissemblance maximale (Max_Diss), adapté à l’application à de grandes bases de données avec une dimensionnalité élevée, avec pour objectif d’obtenir un sous-ensemble de données représentatif de la diversité des données de départ.

Cet algorithme est décrit ci-après, au moyen duquel ont été sélectionnés 200 états de mer à propager parmi les plus de 550 000 états de mer de la base de données, en fonction des 5 variables qui décrivent chacun des états de mer en profondeurs indéfinies, Vv, θv, au point de vent NCEP/NCAR localisé à 7,5º E et 0,9523º S, et Hs, Tm et θm au point GOW 9, localisé à 7,5º E et 1º S (cf. figure 4.3).

Avant l’application de l’algorithme de sélection, on a éliminé de la base de données tous les états de mer qui présentent des directions provenant du secteur N-E, en considérant que ces houles se présenteront comme calmes dans la zone d’étude, c’est pourquoi directement, aux points objectif, on leur a assigné 4.3. SELECTION DES ETATS DE MER une hauteur significative de vague et une période moyenne nulles, et comme direction moyenne, celle La base de données de rétroanalyse considérée, GOW, du vent dans ses alentours. est formée par des enregistrements directionnels horaires sur 63 ans, par conséquent, on dispose de Les algorithmes de dissemblance maximale consistent séries temporelles avec quelque 550 000 données en la sélection d’un sous-ensemble de données relatives aux paramètres spectraux des états de mer. représentatives de l’échantillon de données de départ. Par conséquent, si l’on dispose d’un échantillon de Comme cela a été précédemment mentionné, ces données X= { x12 , x ,..., x N}composé de N (N≈550 séries définissent le climat maritime à des profondeurs 000) vecteurs n dimensionnels (n=5), l’objectif de cet indéfinies, par conséquent, pour pouvoir définir algorithme est d’obtenir un nombre M (M=200) de le climat dans la zone d’étude, il est nécessaire de vecteurs des données de départ qui représentent la transférer ces séries vers des points objectif sur la côte, diversité de l’ensemble total des données. L’algorithme au moyen de modèles de propagation de la houle. commence avec l’initialisation du sous-ensemble au moyen du transfert d’une donnée de la base de départ. Propager un état de mer n’est pas viable d’un point La sélection du reste des éléments est réalisée de de vue computationnel, c’est pourquoi on applique manière itérative, et dans chaque cycle, on transfert généralement des techniques qui réduisent le nombre au sous-ensemble la donnée appartenant à la base de Page 61

données de départ, qui a la plus grande dissemblance l’échantillon de départ, et la dernière donnée ajoutée par rapport au sous-ensemble sélectionné. au sous-ensemble k(R), et la distance minimale entre la donnée i et les données du sous-ensemble R-1, Cet algorithme a été décrit par Kennard et Stone calculée dans l’étape précédente. (1969) et il admet différentes versions, en fonction du dmin min�� d , dmin critère considéré à l’initialisation du sous-ensemble et i,sous� ensemble = ��i,k(R) i,sous�� ensemble(R 1) dans le critère de sélection du reste des données du sous-ensemble. Dans un second temps, après avoir calculé les N-R dissemblances On a choisi, comme élément initial du sous-ensemble dmin ;i 1,..., N - R , l’élément de plus grande hauteur de vague de la base ( i,sous� ensemble = ), la donnée de données de départ. Une fois celui-ci sélectionné, la sélection du reste des éléments s’effectue en deux sélectionnée pour être ajoutée au sous-ensemble est phases. celle présentant la plus grande dissemblance :

max�� dmin Dans un premier temps, si dans le sous-ensemble ��i,sous� ensemble . il existe déjà R (R≤M) données selectionnées, on calcule tout d’abord la dissemblance entre la donnée Cette version simplifiée de l’algorithme de i de l’échantillon de données N-R et les j éléments dissemblance maximale, connue comme MaxMin appartenant au sous-ensemble R : (Polinsky et al, 1996), permet son application à des bases de données étendues, sans nécessité de disposer d=� x x ;i = 1,...,N � R; j = 1,...,R ij i j de ressources computationnelles excessives. D’autre part, le sous-ensemble sélectionné par la version Ensuite, on calcule la dissemblance entre la donnée i MaxMin de l’algorithme MaxDiss représente la et le sous-ensemble R, cette définition admet différents diversité des données de départ avec une définition critères (Willet et al., 1996). optimale des contours du domaine de définition des données, sans besoin d’imposer des seuils de ��min dissemblance, comme on a pu le vérifier dans de ��max d ��x x ;i 1,...,N R; j 1,...,R i,sous� ensemble =��{i � j } = �= récents travaux réalisés au IH Cantabria (Camus, ��mean ��sum 2009).

La figure suivante montre les sélections obtenues Parmi les critères précédents pour le calcul de la au moyen de l’application de l’algorithme décrit à dissemblance, on a utilisé celui qui emploie la plus dmin l’échantillon de données, afin de vérifier que le sous- petite ( i,sous� ensemble ) dans sa version simplifiée. ensemble sélectionné est représentatif de l’ensemble total des états de mer, en prêtant une attention Dans cette version simplifiée, le calcul de la distance particulière à la bonne définition du contour du , définie comme la plus petite des distances entre domaine. l’élément i et les R éléments déjà inclus dans le sous- ensemble, ne suppose pas de déterminer chacune des distances entre les différents éléments, dij. C’est-à-dire, dans la sélection de l’élément k(R+1), la définition de la distance se définit comme la plus petite la distance entre la donnée i des N-R données restantes dans Page 62

Figure 4.4 États de mer sélectionnés (en vert) sur l’échantillon total (en rouge).

4.4. DESCRIPTION DU MODELE DE PROPAGATION UTILISE énergétiques comme le SWAN, qui en plus de résoudre de manière appropriée les processus de transformation

En ce qui concerne les différents modèles de de la houle en eaux peu profondes, à condition que le propagation, il existe les modèles dits de « troisième déferlement et la diffraction ne soient pas dominants, génération » qui résolvent la génération de la houle prennent en compte le transfert énergétique de la à partir du transfert énergétique du vent à la surface houle par divers processus, y compris le vent. libre de la mer. Toutefois, ces modèles ne sont pas appropriés pour modéliser la transformation de Le modèle SWAN, utilisé pour réaliser la propagation la houle lors de sa propagation proche de la côte. de la houle dans la présente étude, est basé sur D’autre part, il existe des modèles de propagation sur l’équation du transport. En tenant compte du fait les zones côtières basés sur l’équation de la « mild- que l’amplitude du potentiel est, en théorie linéaire : H/2× g slope » ou « pente douce ». Ces modèles résolvent A = correctement les phénomènes d’eaux peu profondes, � tels que la réfraction, l’effet de petit fonds (shoaling), la diffraction et le déferlement. Cependant, du fait n=� S/| � S| est la direction de propagation, de son schéma numérique ainsi que par la nature des équations et des hypothèses sur lesquelles ils se le nombre d’onde est kS=� , la célérité est c=� /k basent, ils s’avèrent non viables dans le cas de grands domaines de propagation, ou à des endroits où le 1 2 transfert énergétique du vent ou la multimodalité de E=� gH et l’énergie 8 la houle doivent être pris en compte. Comme alternative, on dispose des modèles Page 63

l’expression prend la forme suivante : fréquence relative, dû aux variations au niveau de la profondeur et des courants ( représente la vitesse de E ��Cn 0 propagation dans le domaine fréquentiel). Le dernier ��÷g ×= ��� terme représente la réfraction due à la profondeur et aux courants ( est la vitesse de propagation dans le Cette équation est appelée conservation de l’action domaine directionnel). d’onde et représente la variation de la hauteur de vague en raison de l’effet de petits fonds et de la Le second membre de l’équation représente les sources réfraction. À cette équation, il est nécessaire d’ajouter et puits d’énergie. Il englobe la génération de houle l’entrée et la sortie d’énergie au système. par le vent, la dissipation d’énergie par whitecapping, par friction avec le fond, par déferlement de la houle Concrètement, l’équation qui résout le modèle de et les interactions non linéaires de la houle (triades et propagation SWAN est la suivante : quadruples).

�NS�CN �CNy ��CN CN ++++=x �� �tx � � y �� �� � 4.5. RECONSTRUCTION DE LA SERIE AUX POINTS OBJECTIF

Une fois connues les valeurs des paramètres spectraux des M=200 états de mer sélectionnés propagés aux E(�� , ) N(�� , ) = points objectif, Dp,j, et compte tenu du fait que � chacun de ces états de mer est défini par 5 variables, Dj, on prétend transférer toute la série temporelle en N(�� , ) On considère la densité d’action, profondeurs indéfinies, formée par quelque N=550 au lieu de la densité spectrale d’énergie, E(�� , ) 000 états de mer, chacun étant également défini par les 5 variables, Xi, à ces points objectif au moyen de car en présence de courants, la densité d’action est l’application d’une technique d’interpolation. conservée et non la densité d’énergie. Les variables indépendantes sont la fréquence relative en cas de La dimensionnalité élevée des conditions du climat courants ( ) et la direction d’incidence de la houle ( ). maritime en profondeurs indéfinies (chaque état de mer est caractérisé au moyen de 5 variables) et la Il s’agit d’une équation de transport d’énergie, dans dispersion des cas sélectionnés par la méthode de laquelle les variations locales de l’énergie spectrale dissemblance maximale précédemment décrite, ont dans le temps et les variations du flux d’énergie dans conditionné le choix de la technique d’interpolation l’espace sont compensées par les sorties et les entrées à employer. La technique d’interpolation dénommée d’énergie au système. Dans ce cas, l’espace présente RBF, fonctions de base radiale (radial basis function, quatre dimensions, deux correspondant à l’espace RBF), a été employée, laquelle permet de travailler géographique 2D, x et y, et les autres à l’espace avec des données à dimensionnalité élevée et non spectral, et . réparties uniformément. Le premier terme de l’équation représente la variation locale de la densité d’action dans le temps, le deuxième 4.5.1. Algorithme d’interpolation RBF et le troisième représentent la propagation de l’action L’objectif de toute technique d’interpolation est d’onde dans l’espace (Cx et Cy sont les vitesses de de fournir la valeur d’une fonction en tout point du propagation dans chaque direction). Le quatrième domaine, à partir de la valeur de celle-ci, dans un terme représente le changement au niveau de la ensemble fini de points donnés. Page 64

La technique d’interpolation basée sur les fonctions linéaire de fonctions radiales symétriques de base, de base radiale (radial basis function, RBF), utilise localisées aux points donnés (cf. figure 4.5). comme fonction interpolante une combinaison

Figure 4.5. Interpolation RBF définie comme une combinaison de fonctions radiales (Source : Heiss and Kampl, 1996).

On dispose d’un ensemble de M (M=200) points n-dimensionnels (n=5),

D= H,TD D , � D ,V DD , � ,...,H D ,T D , � D ,V D , �= D ;j 1,...,M �n j{ s,1 m,1 m,1 v,1 v,1 s,4 m,4 m,4 v,4 v,4 }j

qui correspondent aux états de mer en profondeurs Dp,j=� f(D j ) ; j = 1,...,M indéfinies sélectionnés au moyen de la méthode de la dissemblance maximale et qui sont caractérisés par les D HDD , ; j 1,...,M p,j=�{ sp mp } = 5 variables définies dans la section 4.3. Où j

En ces points, la valeur exacte de la fonction associée sont les paramètres spectraux propagés. f est connue et s’avère égale aux paramètres spectraux L’objectif de la technique d’interpolation est d’ob- obtenus comme résultat de la propagation réalisée tenir une fonction continue interpolante, RBF, des profondeurs indéfinies jusqu’aux différents points f : n ® objectif : de la fonction Rn R, de la manière suivante : Page 65

M Le problème que présente l’utilisation de fonctions RBFX pX a X D ;j 1,...,M ()=() +� jj ��( ) = j1= radiales gaussiennes dans la technique d’interpolation RBF, est que le paramètre de forme, c, de ces fonctions joue un rôle très important dans la précision de la méthode. Dans cette étude, on a considéré l’algorithme Où : proposé par Rippa (1999) pour déterminer la valeur optimale du paramètre de forme. RBF = fonction interpolante RBF p(X) = polynôme linéaire pour toutes les variables La fonction RBF d’interpolation est définie à partir impliquées dans le problème {a1M ,..., a } aj = coefficients d’ajustement RBF de , qui sont les coefficients des fonctions Φ = fonction radiale de base, où est la norme eucli- radiales de base faisant partie de la somme, les b= b ,b ,...,b dienne. coefficients du terme du polynôme {01 n} Dj = centres de l’interpolation RBF et la forme des fonctions radiales de base Φ.

La fonction interpolante RBF doit être telle que 4.5.2. Cálcul des fonctions interpolantes Les paramètres qui définissent les fonctions RBF(D ) f(D ) D ; j 1,...,M j ==j p,j = d’interpolation ont été calculés en forçant la

RBF(D )== f(D ) D , j = 1,...,M c’est-à-dire, aux centres de l’approximation RBF, la condition j j p,j valeur de la fonction interpolante est égale à celle de la (M=200) aux centres d’interpolation. fonction interpolée. Pour cela, en premier lieu, il est nécessaire de Le polynôme p(X) de l’expression de la fonction normaliser les variables n-dimensionnelles (n=5) d’interpolation S est défini comme une base de afin d’égaliser la plage de valeurs des différentes p ,p ,...,p monômes {01 n}, formée par un monôme variables, de sorte que les cas sélectionnés au moyen de degré zéro et autant de monômes de degré un que de l’algorithme MaxDiss soient exprimés de manière de nombre de variables existantes dans le problème normalisée, comme suit :

b= { b01 ,b ,...,b n} (n=5), avec comme coefficients de norm D DD DD D DD DD D H,T, ,W, ,...,H,T, ,W, ;j 1,...,M j={ 111 �� 11 444 ��= 44} ces monômes. j

Parmi les différentes expressions que peuvent La fonction d’interpolation RBF présente l’expression présenter les fonctions radiales de base, on a considéré suivante, particularisée au niveau des M centres une fonction gaussienne qui présente l’expression d’interpolation : suivante, avec un paramètre de forme, c, où est la M norme euclidienne : RBFDnorm pDnorm a Dnorm D norm i,j1,...,M (i)=( i) +�� ji( � j) = j1= ��2 �÷XD� j ��X D = exp �; j = 1,...,M (j ) �÷2 Où le polynôme linéaire p(Dinorm) a la forme : �÷2c p Dnorm b b HDD b T ... bD i 1,...,M �� (i )=0 + 1 1 + 2 1 ++�20 20 = Page 66

Les fonctions radiales de base, de type gaussien, aux fonctions interpolantes préalablement calculées : présentent l’expression suivante, où c constitue le H RBF Dnorm ,H (j 1,...,M) , Xnorm ;i 1,...,N sp,i =H({ j sp,j ==}i ) paramètre de forme : 2 ��norm norm �÷DDij� norm norm norm norm �=xp,i RBF Dj ,� xp,j (j = 1,...,M) , Xi ;i= 1,...,N �D � D =� exp i, j= 1,...,M �x ({ }) (ij) �÷2 �÷2c �� norm norm �=yp,i RBF Dj ,� yp,j (j = 1,...,M) , Xi ;i= 1,...,N �y ({ })

T b= b ,b ,...,b Les coefficients l�� 0 1 20 des polynômes Le résultat final est la série de réanalyse transférée vers T a a ,..., a les eaux peu profondes, à chaque point objectif : j1= �� M et des fonctions radiales, sont X H , ;i 1,...,N p,i=�={ sp,i mp,i } déterminés à partir des conditions d’interpolation : RBFDnorm f(D) D ; i 1,...,M (i )==i p,i =

4.6. RESULTATS RELATIFS A LA HOULE PROPAGEE D ,...,D Où le vecteur de données (p,1 p,M ) est défini H,T ,�� , ; i = 1,...,M Ci-après sont montrés à la fois les résultats relatifs {sp mp xp yp }i par (la direction à la houle aux points objectif localisés sur la côte, et moyenne est recomposée à partir des composantes x les tendances à long terme que présente cette houle et y). propagée, qui seront utiles pour l’étude des effets du De cette façon, une fonction interpolante a été définie changement climatique sur la côte qui sera développée pour chacun des paramètres spectraux propagés : au chapitre 5. RBF(X)H, RBF(X)θx et RBF(X)θy. 4.6.1. Localisation de points objectif sur la côte 4.5.3. Recomposition de la série temporelle Pour caractériser la houle dans les 5 zones objectif complète désignées (Coco-Beach, Libreville Port Gentil, Gamba Après avoir défini la fonction interpolante, l’objectif et Mayoumba) on a disposé entre 7 et 8 points est de recomposer la série temporelle en profondeurs indéfinies aux points objectif, en profondeurs réduites, objectif par zone, pour lesquels on a obtenu les séries au moyen de l’obtention des paramètres spectraux horaires de houle de 1948 à 2011, au moyen des propagés sur ces points. paramètres suivants :

La série temporelle en profondeurs indéfinies est • Hauteur de vague significative, Hs formée par quelque N=400 000 états de mer, chacun d’entre eux étant également défini par les 20 variables, • Période moyenne, Tm Xi. • Période de pic, Tp X= H,T , � ,V , � ,...,H ,T , � ,V , �= ;i 1,...,N i{ s,1 m,1 m,1 v,1 v,1 s,4 m,4 m,4 v,4 v,4 }i • Direction moyenne de propagation, Dir On a appliqué les données d’entrée normalisées, exprimées ainsi Les figures 4.6 à 4.10 montrent la localisation des Xnorm H,T, ,W, ,...,H,T, ,W, ;i 1,...,N i={ 11111 � � 44444 � �=}i points objectif pour chaque zone et les tableaux 4.1 à 4.5 indiquent les coordonnées et les profondeurs auxquelles ils se trouvent. Page 67

Figure 4.6. Localisation des points objectif dans la zone de Cocobeach.

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) 1 1.07º N 9.38º E 11.5 2 1.04 º N 9.42 º E 11.3 3 0.95 º N 9.46 º E 11.6 COCOBEACH 4 0.85 º N 9.49 º E 10.3 5 0.8 º N 9.45 º E 11.1 6 0.775 º N 9.395 º E 7.2 7 0.72 º N 9.35 º E 8.3 Tableau 4.1. Coordonnées des points objectif dans la zone de Coco Beach Page 68

Figure 4.7. Localisation des points objectif dans la zone de Libreville.

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) 1 0.6 º N 9.267 º E 10.8 2 0.5 º N 9.268 º E 10.1 3 0.4 º N 9.28 º E 9.7 LIBREVILLE 4 0.3 º N 9.291 º E 11.4 5 0.2 º N 9.284 º E 10.8 6 0.1 º N 9.318 º E 11.4 7 0 º N 9.292 º E 12.1 Tableau 4.2. Coordonnées des points objectif dans la zone de Libreville. Page 69

Figure 4.8. Localisation des points objectif dans la zone de Port Gentil.

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) 1 0.69º S 8.85º E 12.8 2 0.71 º S 8.8º E 9.9 3 0.642 º S 8.75º E 13.4 4 0.616 º S 8.705º E 13.3 PORT GENTIL 5 0.7 º S 8.692º E 12.3 6 0.75 º S 8.735º E 10.0 7 0.8 º S 8.705º E 10.8 8 0.85 º S 8.719º E 12.5 Tableau 4.3. Coordonnées des points objectif dans la zone de Port Gentil. Page 70

Figure 4.9. Localisation des points objectif dans la zone de Gamba.

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) 1 2.35 º S 9.558 º E 10.5 2 2.43 º S 9.6 º E 9.4 3 2.5 º S 9.68 º E 9.1 4 2.6 º S 9.744 º E 12.0 GAMBA 5 2.675 º S 9.8 º E 10.1 6 2.75 º S 9.875 º E 10.2 7 2.818 º S 9.95 º E 10.7 8 2.9 º S 10 º E 10.6 Tableau 4.4. Coordonnées des points objectif dans la zone de Gamba. Page 71

MAYUMBA

Figure 4.10. Localisation des points objectif dans la zone de Mayoumba.

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) 1 3.217 º S 10.521 º E 11.1 2 3.275 º S 10.55 º E 9.4 3 3.35 º S 10.655 º E 11.6 4 3.434 º S 10.64 º E 18.9 MAYUMBA 5 3.502 º S 10.73 º E 14.5 6 3.57 º S 10.8 º E 11.3 7 3.64 º S 10.87 º E 9.0 8 3.7 º S 10.93 º E 9.4 Tableau 4.5. Coordonnées des points objectif dans la zone de Mayoumba. Page 72

4.6.2.Variables relatives à la houle propagée à points 3, 4 et 5 de la zone de Coco-Beach et 1, 2 et 3 de modéliser et tendances à long terme la zone de Port Gentil.

À partir des résultats des variables relatives à la La figure 4.11 montre les directions du flux moyen houle aux points objectif précédemment indiqués, d’énergie de la houle obtenues pour les autres points. on a effectué l’analyse des tendances à long terme des variables suivantes, qui s’avèrent d’utilité pour Zone Point Hrms Hs12 θFE l’analyse des effets du changement climatique sur la Nº (m) (m) (º) côte (cf. chapitre 5) : 1 0.27 0.71 244.9 2 0.22 0.66 248.8 • Hrms : hauteur quadratique moyenne. 3 0.11 0.42 - • Hs12 : hauteur de vague significative 4 0.07 0.35 - seulement dépassée par 12 vagues par an. 5 0.06 0.3 -

• θFE : direction du flux moyen d’énergie de COCO BEACH 6 0.06 0.29 233.8 la houle. 7 0.2 0.62 251.8 Le tableau 4.6 montre les valeurs moyennes des 1 0.39 1.22 250.1 variables précédemment obtenues après la propagation 2 0.38 1.29 258.6 de la houle jusqu’aux points objectif. 3 0.36 1.13 244.3 4 0.35 1.14 251.9 Dans ce tableau, il convient de souligner que pour 5 0.34 1.07 252 certains points, il n’a pas été possible d’évaluer la LIBREVILLE direction du flux moyen d’énergie. Cela est dû au fait 6 0.3 0.9 255 que, comme nous l’avons déjà indiqué dans la section 7 0.31 0.99 262 4.4, le modèle de propagation employé (SWAN) 1 0.08 0.31 - ne modélise pas correctement le phénomène de la 2 0.04 0.15 - diffraction de la houle. 3 0.06 0.24 - 4 0.3 1.01 278.4 Par conséquent, pour les points localisés à l’abri de caps, d’îles ou tout autre incident géographique ou 5 0.45 1.35 246.1

ouvrage artificiel qui provoque la diffraction de la GENTIL PORT 6 0.5 1.53 244.5 houle, le modèle utilisé ne reproduit pas correctement 7 0.45 1.37 234.1 la propagation de la houle, et cette carence du modèle 8 0.42 1.29 244 a en particulier une incidence sur la direction de la 1 0.37 1.06 246.3 houle calculée. 2 0.55 1.77 217.9 C’est pourquoi pour ces points, les données de direction 3 0.45 1.44 228.3 du flux moyen de la houle ne sont pas présentées. De 4 0.56 1.77 214 plus, lors de futurs calculs, les résultats provenant de la 5 0.59 1.95 210.8 GAMBA combinaison de la direction de la houle avec d’autres 6 0.6 1.94 217.6 variables ne seront pas presentés. 7 0.59 1.92 206.4 8 0.59 1.84 219.4 Les localisations pour lesquelles il n’a pas été possible d’obtenir la direction correcte de la houle sont les Page 73

Zone Point Hrms Hs12 θFE Nº (m) (m) (º) 1 0.48 1.33 236.1 2 0.46 1.42 224.4 3 0.3 0.77 237.3 4 0.47 1.33 241 5 0.51 1.24 207.6

MAYUMBA 6 0.48 1.42 233.4 7 0.58 1.98 221.2 8 0.54 1.88 227.5 Tableau 4.6. Valeurs moyennes des variables d’intérêt aux points objectif.

Figure 4.11. Directions du flux moyen d’énergie de houle dans les 5 zones objectif. Page 74

Le modèle employé pour l’identification des tendances Zone Point δHrms δHs12 δθFE historiques à long terme des variables moyennes Nº (mm/an) (mm/an) (º/an) annuelles d’intérêt pour tous les points objectif a été 1 0.95 1.18 0.0607 dans tous les cas un modèle de régression linéaire 2 1.78 2.2 0.0208 comme celui décrit au chapitre précédent (cf. section 3 1.41 1.74 0.0321 3.5.2), avec pour résultat les valeurs indiquées dans le tableau 4.7. 4 1.78 2.12 0.0331 5 1.94 2.43 0.0212 GAMBA Zone Point δHrms δHs12 δθFE 6 1.98 2.41 0.0264 Nº (mm/an) (mm/an) (º/an) 7 1.9 2.32 0.0176 Non 8 1.88 2.4 0.0457 1 0.44 signifi- 0.0331 1 1.56 1.43 0.0263 cative 2 1.46 1.77 0.0456 Non 3 0.67 0.79 0.0294 2 0.4 signifi- 0.0304 cative 4 1.26 1.42 0.0383 Non 5 1.1 1.26 0.0116 3 signifi- -1.02 - MAYUMBA 6 1.38 1.65 0.0398

COCOBEACH cative 7 2 2.45 0.028 4 -0.22 -1.13 - 8 1.89 2.49 0.0324 5 -0.26 -1.01 - Tableau 4.7. Tendances à long terme pour les variables d’intérêt 6 -0.21 -0.98 0.047 aux points objectif. 7 0.42 0.83 0.041 Les données du tableau précédent confirment la 1 1.15 2.15 0.0358 tendance à la hausse des hauteurs de vague et de 2 1.16 2.71 0.031 rotation horaire au niveau des houles, qui a été 3 1.03 2.03 0.0218 observée dans les profondeurs indéfinies (cf. chapitre 4 1.05 2.24 0.0224 3). Ces tendances se sont avérées significatives dans 5 0.92 2.11 0.0301 tous les cas, sauf en certains points isolés. LIBREVILLE 6 0.81 1.53 0.0275 Plus encore, les tendances à long terme concernant 7 0.85 1.94 0.0341 les variables relatives à la houle dans des profondeurs 1 0.21 0.51 - réduites coïncident dans leur ordre de grandeur, avec Non Non les tendances obtenues aux profondeurs indéfinies 2 signifi- signifi- - dans le chapitre précédent (≈1 mm/an pour les cative cative hauteurs de vague et 0,04º/an pour la direction), sauf 3 0.2 0.45 - dans la zone de Coco-Beach, où les tendances relatives 4 0.95 1.98 0.0956 à la modification de la hauteur de vague dans des profondeurs réduites donnent des résultats inférieurs 5 1.23 2.1 0.0356 PORT GENTIL PORT voire négatifs. 6 1.54 2.19 0.0144 7 1.27 2.23 0.0258 Cela s’explique d’une part par le fait que toute la zone 8 1.1 1.99 0.0344 de Coco-Beach se trouve beaucoup plus à l’abri que les autres, et dans cette zone, les transformations que Page 75

subit la houle sous l’effet du fond sont prépondérantes figures 4.12 à 4.14, au vu desquelles on peut tirer les par rapport aux petites variations au niveau de la conclusions suivantes : houle d’incidence. C’est-à-dire que les phénomènes de transformation que subit la houle lors de sa Au niveau des hauteurs de vague moyennes (Hrms), propagation, font que les effets du changement on observe une hausse comprise entre 10 % et 13 climatique sont amortis, d’autant plus si la zone d’étude %, uniforme dans toutes les zones objectif étudiées, se trouve plus à l’abri. à l’exception de Coco-Beach, où l’on a obtenu des variations de moindre magnitude (5 %), au niveau Toutefois, d’un autre côté, compte tenu du fait que le des deux points les plus septentrionaux (localisés face modèle de propagation ne reproduit pas correctement aux côtes de la Guinée équatoriale) et au niveau du la diffraction, les tendances à long terme calculées en point le plus méridional de la zone, jusqu’à obtenir un ces points et dont on a détecté qu’elles diffèrent des résultat négatif (-15 %) pour le reste des points (cf. tendances obtenues pour le reste des points, doivent figure 4.12). être considérées avec précaution. De manière générale, on a observé une augmentation Si l’on considère un scénario dans lequel les tendances de l’ordre du double de l’augmentation calculée pour historiques indiquées dans le tableau 4.7 demeurent les hauteurs de vague moyennes dans des profondeurs constantes, les changements auxquels on peut indéfinies, avec un résultat de l’ordre de 4 % (cf. s’attendre d’ici (année 2011) à l’horizon 2050 au chapitre 3). niveau des variables d’intérêt, sont indiqués sur les

Page 76

Figure 4.12. Aumentation au niveau de la Hrms (%) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif.

Les hauteurs de vague extrêmes (Hs12) présentent une % ; enfin dans les zones de Gamba et Mayoumba, la plus grande variabilité géographique au niveau des hausse est un peu inférieure, située entre 4 % et 5 % changements auxquels on peut s’attendre à l’horizon (cf. figure 4.13). 2050, par rapport aux hauteurs moyennes. Ainsi, dans la zone de Coco-Beach, on observe une tendance En général, l’augmentation de la hauteur des vagues inférieure aux autres zones, et même négative, entre 4 extrêmes est similaire à celle calculée dans des % et -12 % ; dans les zones de Libreville et Port Gentil, profondeurs indéfinies (cf. chapitre 3), avec un résultat la tendance est à la hausse, comprise entre 5 % et 8 de 4 % pour la valeur H95%. Page 77

Figure 4.13. Augmentation au niveau de la Hs12 (%) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif. Page 78

Les changements prévus au niveau de la direction d’effectuer le calcul de ces tendances. du flux moyen d’énergie de la houle s’avèrent très uniformes, entre 1º et 2,5º, tout au long de la côte dans Les limites mentionnées du modèle de propagation, les cinq zones d’étude, à l’exception de la pointe de cap qui ne reproduit pas correctement la diffraction, ont López, où l’on observe une rotation d’environ 3,5º (cf. moins d’importance d’un point de vue énergétique figure 4.14). qu’en ce qui concerne les résultats des directions qu’il fournit. Par conséquent, les hauteurs de vague La direction de la houle au niveau des points où calculées ont été acceptées comme valides en tous la houle arrive diffractée n’a pas pu être calculée en points, y compris ceux affectés par la diffraction. raison des limites du modèle de propagation utilisé Toutefois, au vu des résultats anomaux dans la zone de (SWAN). Cela implique qu’au niveau des points Coco-Beach, pour lesquels les tendances concernant 3, 4 et 5 de Coco-Beach et 1, 2 et 3 de Port Gentil, les hauteurs de vague sont inférieures au reste des aucune prévision de rotation n’a été montrée, non zones de détail étudiées, ainsi que dans les profondeurs pas parce que les tendances de changement ne sont indéfinies, y compris négatives, il est recommandé de pas significatives, mais parce qu’il n’a pas été possible considérer ces résultats avec prudence.

Page 79

Figure 4.14. Variation au niveau de la direction du flux moyen d’énergie de la houle (º) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif. Rotation horaire positive.

5. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR 1. En reconstruisant des séries historiques des LA COTE variables d’intérêt, par exemple la cote d’inondation sur les plages ou les taux de transport littoral de sédiments, pour obtenir les tendances de changement sur la base de ces séries historiques, comme cela a été 5.1. INTRODUCTION fait dans les chapitres précédents pour les variables que décrit le climat maritime. Le présent chapitre est consacré à l’analyse de l’effet du changement climatique sur la côte dans les cinq 2. En tirant des conclusions sur le changement des zones objectif (Coco Beach, Libreville, Port Gentil, variables d’intérêt, par exemple le recul au niveau Gamba et Mayoumba) (cf. figures 4.6 à 4.10), après du profil de la plage, ou la stabilité des pièces d’une avoir étudié, dans les chapitres précédents, le climat digue, à partir des tendances des variables dont maritime en eaux profondes et les caractéristiques elles sont dépendantes (préalablement calculées), de la houle propagée jusqu’aux cinq zones objectif en utilisant pour cela diverses techniques comme mentionnées, et après avoir analysé comment le la règle de Bruun ou la méthode des perturbations, changement climatique affecte ces deux paramètres, décrite ci-après. au travers des tendances historiques à long terme de diverses variables. De cette manière, on a calculé les tendances de changement au niveau de divers éléments L’objectif est désormais d’obtenir les tendances morphologiques des plages, estuaires et ouvrages de changement au niveau des différents éléments maritimes présents dans les cinq zones objectif. morphologiques et des dynamiques côtières, à partir des tendances historiques relatives aux variables Enfin, pour évaluer les effets du changement géophysiques d’intérêt, lesquelles ont été calculées climatique sur la côte, on a pris en considération un suivant deux méthodologies différentes : scénario de changement climatique dans lequel ces tendances demeurent constantes de nos jours (2011) Page 80

à l’année fixée comme horizon (2050). La fonction F perturbée en utilisant les fonctions de La méthode des perturbations Taylor est la suivan Étant donné que tout au long de ce chapitre la méthode des perturbations constitue un important �F( x12 ,x ) F(x1+� x 12 ,x +� x 2 ) = F( x 12 ,x) +� x 1 + outil mathématique pour analyser la manière dont �x1

les petites variations possibles affectent, au niveau des �F( x12 ,x ) 2 �x +�O x ,... 21(()) paramètres de la dynamique marine, la morphologie �x2 des différents éléments du littoral, nous procédons ci- après à en décrire les bases.

La méthode numérique des perturbations permet Cette fonction permet d’obtenir de manière directe d’évaluer les variations que supposent, dans une et simple, la variation de la valeur de la fonction fonction, des petits changements au niveau des générée en raison de petites perturbations au niveau variables indépendantes dont la fonction dépend. de variables indépendantes. En considérant que Ainsi, une fois connues les tendances à long terme les termes de deuxième ordre sont négligeables, on de certaines variables, on peut estimer la tendance à obtient ce qui suit : long terme d’une autre variable, résultat de l’ajout des précédentes. ��F( x12 ,x) F( x12 ,x ) �F = F(x1 +� x,x 12 +� x)Fx,x 2 �( 12) =� x 1 +�x2 ��xx Soit une fonction F(x1,x2), qui représente une 12 caractéristique morphologique d’un élément du littoral et qui dépend des variables x1 et x2 (qui peuvent être par exemple le niveau de la mer et la hauteur de La figure 5.1 montre le cas le plus simple dans vague significative moyenne). Actuellement, ces deux lequel la fonction F dépend d’une unique variable variables ont des valeurs déterminées, mais il est indépendante x1. La méthode des perturbations possible que leur valeur soit modifiée sous l’effet du approche la valeur de la fonction près d’un point changement climatique. donné F(x1+δx1), en tant que somme de la valeur de la fonction au point x1 et de celle dérivée de la La méthode des perturbations consiste à obtenir la fonction au point x1, multipliée par la variation de la fonction perturbée par des séries de Taylor : valeur de la variable indépendante δx1.

Supposons que les variables x1 et x2 se voient Il convient de signaler que cette approximation n’est perturbées par l’effet du changement climatique, de valable que si la perturbation au niveau de la variable sorte que : indépendante est petite. En cas contraire, l’erreur commise au moyen de l’application de la méthode

x1,future= xx 1 +� 1 des perturbations peut être importante.

x2,future= xx 2 +� 2 Page 81

5.2. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES Ensuite, on a déterminé quelles sont les variables PLAGES ET LES DUNES géophysiques dont dépendent ces éléments et qui peuvent se voir modifiées sous l’effet du changement La côte du Gabon se trouve principalement couverte climatique. de plages adossées sur une végétation dense, par Le tableau 5.1 montre la corrélation existante entre conséquent le présent travail se centre sur l’étude les divers éléments morphologiques à étudier (lignes) des effets du changement climatique sur les plages et les variables géophysiques dont elles dépendent localisées dans les cinq zones objectif. (colonnes), en montrant les effets prévisibles qu’un changement au niveau de celles-ci peut provoquer sur En premier lieu, on a sélectionné les éléments les premiers. morphodynamiques des plages qui seront l’objet de l’étude. Ces éléments sont les suivants :

• Cote d’inondation sur les plages • Forme du profil des plages • Forme en plan des plages • Transport littoral de sédiments Page 82

Tableau 5.1. Principales variables géophysiques dans l’étude du changement climatique sur les plages.

Où : les tendances à long terme de toutes les variables Δ = variation. géophysiques montrées sur le tableau 5.1. Hs12 = hauteur de vague significative seulement dépassée par 12 vagues par an. Aussi bien la tendance concernant le niveau moyen de Hrms = hauteur quadratique moyenne. la mer, que celle relative à la marée météorologique, θ = direction de la houle. calculée dans le chapitre 3 pour la détermination des Hs,50 = hauteur de vague avec une période de retour effets du changement climatique sur le climat maritime de 50 ans. dans des profondeurs indéfinies, sont d’application NM = niveau moyen de la mer. directe au niveau de la côte, ce qui n’est pas le cas pour MM = marée météorologique. les tendances des variables de houle, étant donné que celles-ci ont été obtenues à partir des données de houle dans des profondeurs indéfinies, loin de la côte. Ainsi, si l’on considère par exemple le profil de plage, on peut conclure de l’observation du tableau 5.1 qu’il C’est pourquoi, au chapitre 4, on a réalisé la dépend de Hs12 et du niveau moyen de la mer, de sorte propagation de la houle jusqu’aux points objectif, en qu’une augmentation de la première, peut provoquer profondeurs réduites, des cinq zones d’étude, dont la le recul de la plage par hausse de la profondeur de localisation est montrée sur les figures 4.5 à 4.10 ; et à fermeture du profil, ainsi que l’élévation du niveau partir de la houle propagée, on a obtenu les tendances moyen de la mer qui est également susceptible à long terme des paramètres de houle montrés dans de provoquer un recul du profil de plage dû à la les colonnes du tableau 5.1. redistribution des sédiments sur le profil. En résumé, les chapitres 3 et 4 montrent les résultats En définitive, pour l’étude des effets du changement des tendances à long terme des variables géophysiques climatique sur les éléments morphologiques des montrées dans les colonnes du tableau 5.1, nécessaires plages, il est nécessaire de connaître au préalable pour l’étude des effets du changement climatique Page 83

sur les éléments morphologiques des plages, qui la morphologie des dunes, c’est pourquoi la présente apparaissent dans les lignes de ce même tableau. étude a négligé les effets du vent sur la côte.

D’autre part, en ce qui concerne les dunes, la présence Le tableau 5.2 montre la même corrélation entre les d’une végétation dense sur la partie extérieure éléments morphologiques et les variables géophysiques convexe des plages du littoral du Gabon, limite de dont ils dépendent et qui figuraient dans le tableau 5.1 manière drastique l’influence du vent au niveau de pour les plages, mais dans ce cas pour les dunes.

Tableau 5.2. Principales variables géophysiques dans l’étude du changement climatique sur les systèmes dunaires.

Au vu du tableau 5.2, on observe qu’à part les effets du variables qui dans la plus large mesure, déterminent vent, qui comme nous l’avons indiqué précédemment ces morphologies d’équilibre, et enfin, on analyse les seront négligés en raison de l’épaisse végétation exis- possibles effets sur ces morphologies d’équilibre dans tante sur les dunes du littoral gabonais, l’unique va- la perspective du scénario de changement climatique riable qui peut provoquer des changements au niveau établi. des dunes est la hausse du niveau moyen de la mer, qui peut engendrer un recul dunaire qui à toutes fins utiles, sera considéré équivalent au recul du profil de 5.2.1. Cote d’inondation la plage, c’est pourquoi il n’a pas été calculé. Le premier point abordé dans l’analyse à long terme, correspond à la cote d’inondation sur les plages. Tout On procède ensuite à l’étude de chacun des éléments d’abord, la cote d’inondation d’une plage peut être morphologiques mentionnés, de manière individuelle. considérée comme un processus à court terme. Tou- Dans tous les cas, la méthodologie d’analyse est telle tefois, le but de l’analyse réalisée ci-après est de déter- qu’en premier lieu, une brève description des modèles miner si à l’avenir, la cote d’inondation au cours d’évé- existants actuellement est effectuée, lesquels mettent nements extrêmes peut subir une augmentation, ce en relation les états d’équilibre avec la dynamique qui impliquerait que des zones du littoral qui ne sont agissante. Ensuite, on analyse les variations dues au actuellement pas inondables, le seront dans un proche changement climatique, intervenant au niveau des avenir, ou que les zones qui sont seulement inondées Page 84

pendant des événements extrêmes, avec une période d’inondation sous l’effet du changement climatique. de retour donnée, seront inondées avec une période de retour inférieure. Le régime d’inondation (représenté conformément au schéma montré sur la figure 5.2), atteint par une plage Pour réaliser cette analyse, on étudie des formules sous l’action de la dynamique marine et météorolo- empiriques qui permettent de déterminer la cote gique, est un phénomène particulièrement complexe, d’inondation, et on reproduit une série historique de aussi bien en raison du grand nombre d’éléments in- cote d’inondation à partir de laquelle seront estimées tervenant dans le processus d’inondation, qu’en raison des tendances historiques à long terme, extrapolables de l’interaction entre ces éléments. à l’horizon 2050, pour évaluer la variation de la cote

MA : Marée astronomique

MM : Marée météorologique

RU : Run-up

CI : Cote d’inondation

RU Niveau de CI M marée M M A Niveau de référence

Figure 5.2. Facteurs qui déterminent la cote d’inondation sur une plage.

À un moment déterminé, la plage est caractérisée par résultat de la somme linéaire des paramètres précé- un niveau de marée (NM) composé par la marée as- demment cités, c’est-à-dire : tronomique et la marée météorologique (MA+MM), ainsi qu’une bathymétrie. Sur ce niveau de marée se trouve la houle qui, en fonction de ses caractéristiques CI=++ MA MM Ru et de la bathymétrie de la plage, se propage vers la côte. En atteignant la côte, la houle déferle sur la plage, pro- duisant un mouvement d’élévation de la masse d’eau Où : le long du profil de plage, connu comme run-up (Ru). CI= Cote d’inondation (m). MA= Marée astronomique (m). Tous ces facteurs (houle – bathymétrie – niveau de MM= Marée météorologique (m). marée – élévation) sont interdépendants les uns des Ru= Run- up dû au déferlement de la houle (m). autres. Par conséquent, on considère qu’à un moment déterminé, la cote d’inondation sur une plage est le Dans la plupart des études de cote d’inondation, on Page 85

prend généralement comme référence le run- up qui L’occurrence des événements d’inondation se mesure est dépassé les 2 % du temps de l’état de mer consi- en nombre d’événements qui se produisent à l’année, déré, qui, conformément aux formules proposées par alors que la persistance se mesure en heures totales de Nielsen et Hanslow (1991), est calculé de la manière dépassement qui se produisent à l’année. suivante : Le tableau 5.3 montre les tendances à long terme calculées pour le quantile de 95 % de cote d’inondation � 0.5 (exprimée sous forme d’augmentation annuelle en z= 0.47( Hs0 L) tan� si tan �> 0.1 Ru 1.98z; � 2% = � 0.5 m/an), pour l’occurrence d’événements extrêmes z 0.04 H L si tan 0.1 � = (s0) �< d’inondation (exprimée en termes de hausse du nombre d’événements annuels par an) et pour la persistance de ces événements (exprimée en termes d’augmentation Où : des heures annuelles d’événements par an), à tous les Ru2% = run- up, où le sous-indice indique le temps points objectif des cinq zones d’étude. Cela associé à pendant lequel il est dépassé (m). la valeur de la cote d’inondation considérée comme Hs = hauteur de vague significative (m). seuil pour les événements, égale au percentile de 95 % L0 = longueur d’onde dans des profondeurs indéfinies de l’occurrence. (m). Dans tous les cas, les tendances relatives à l’occurrence Par conséquent, la cote d’inondation est équivalente et à la persistance montrées dans le tableau 5.3 se sont à : avérées positives, ce qui implique une nette tendance des événements de cote d’inondation à se produire 0.5 ��9.81T2 plus souvent et de façon plus durable, dans toutes les CI=++ MA MM 0.0792�÷ Hs ��2� zones étudiées.

Le nombre d’événements supplémentaires auxquels Où T représente la période de pic associée. on peut s’attendre par an, augmente à un rythme relativement uniforme sur tout le littoral gabonais, À partir des séries historiques disponibles relatives à compris entre 0,1 et 0,2 événement supplémentaire la marée astronomique et météorologique (cf. chapitre par an. 3) et de la série de houle (Hs et Tp) reconstruite aux points objectif des 5 zones d’étude sur la côte (cf. La durée de ces événements présente des tendances chapitre 4), on a reconstruit la série historique de cote avec une plus grande variabilité géographique, avec d’inondation à chacun desdits points objectif. des augmentations annuelles de la durée comprises entre 0,2 et 1,3 h/an. À partir de ces séries, on a estimé, au moyen du modèle de régression linéaire (cf. chapitre 3), la tendance à Il convient de souligner que toutes les tendances se long terme du quantile de 95 % annuel de CI, dont les sont avérées significatives, excepté les tendances de valeurs sont montrées dans le tableau 5.3. hausse de l’occurrence des événements d’inondation au niveau de 3 points isolés. On a également calculé la tendance au niveau de l’occurrence des événements d’inondation qui En ce qui concerne la valeur de la cote d’inondation, dépassent le quantile de 95 % de cote d’inondation, il convient de signaler que les calculs de tendances ainsi que la persistance de ces événements. ont été réalisés en considérant un niveau moyen de Page 86

la mer de référence constante, par conséquent les l’augmentation du niveau de la mer, estimé à 2,62 tendances de hausse au niveau de la cote d’inondation mm/an (cf. chapitre 3). montrées dans le tableau 5.3 n’incluent pas l’effet de

bLT CI 95 % Seuil : bLT occurrence bLT persistance Zone Point Nº (mm/an) CI 95 % (m) (nbre /an) (h /an) 1 1.201 1.38 0.12 0.573 2 1.063 1.33 0.101 0.526 3 0.537 1.1 0.064 0.256 Non significa- 4 0.634 0.96 0.298 tive Non significa- 5 0.594 0.9 0.256

COCOBEACH tive 6 0.772 0.94 0.082 0.427 7 1.222 1.3 0.137 0.65 1 1.966 1.61 0.161 0.928 2 1.922 1.62 0.158 0.897 3 1.876 1.56 0.154 0.867 4 1.872 1.56 0.161 0.899 5 1.816 1.52 0.161 0.876

LIBREVILLE 6 1.552 1.46 0.147 0.752 7 1.659 1.49 0.146 0.798 1 0.929 1.07 0.091 0.464 Non significa- 2 0.651 0.91 0.243 tive 3 1.038 1 0.097 0.552 4 1.886 1.48 0.192 0.944 5 2.132 1.66 0.191 0.988

PORT GENTIL PORT 6 2.284 1.74 0.192 1.038 7 2.195 1.67 0.191 1.006 8 2.148 1.63 0.188 0.983 Page 87

bLT CI 95 % Seuil : bLT occurrence bLT persistance Zone Point Nº (mm/an) CI 95 % (m) (nbre /an) (h /an) 1 1.756 1.52 0.147 0.822 2 2.551 1.78 0.187 1.143 3 2.259 1.66 0.165 0.989 4 2.565 1.79 0.179 1.172 5 2.726 1.83 0.183 1.214 GAMBA 6 2.674 1.84 0.187 1.192 7 2.642 1.83 0.175 1.173 8 2.604 1.81 0.183 1.153 1 2.217 1.68 0.199 1.071 2 2.271 1.66 0.189 1.030 3 1.466 1.4 0.146 0.651 4 1.975 1.63 0.18 0.955 5 1.715 1.64 0.187 0.856

MAYUMBA 6 2.22 1.66 0.192 1.105 7 2.82 1.84 0.197 1.385 8 2.816 1.79 0.196 1.357 Tableau 5.3. Tendances historiques à long terme pour la cote d’inondation et occurrence et persistance des événements d’inondation.

On définit à présent la cote d’inondation sur un ni- comprise entre 3 et 5,5 mm/an. veau de référence variable dans le temps, de la forme suivante : 5.2.2. Profil de plage Après l’analyse des variations de la cote d’inondation CI= NM(t) +++ MA MM Ru à long terme, on procède à l’étude de la morphologie d’équilibre des plages, qui se base sur l’hypothèse En appliquant la méthode des perturbations, il s’avère d’orthogonalité, de sorte que l’analyse des effets sur le que la variation totale au niveau de la cote d’inondation profil de plage et ceux sur la forme en plan, est réalisée doit être obtenue comme la somme de la variation séparément. du niveau moyen de la mer de référence, δη, et de la variation de la cote d’inondation, en considérant ce De cette façon, en premier lieu, nous aborderons niveau comme étant constant dans le temps. l’étude des effets sur le profil pour ensuite procéder à l’analyse des effets sur la forme en plan. �CI = �� + � CI(MM, H , T) s Comme montré dans le tableau 5.1, dans l’étude des Par conséquent, il conviendra d’ajouter aux tendances effets du changement climatique sur le profil de plage, de hausse de la cote d’inondation montrées dans le il convient de prendre en compte à la fois la variation tableau 5.3, les 2,62 mm/an correspondant à la hausse relative au niveau moyen de la mer, et une possible du niveau moyen de la mer. Ce qui implique une variation au niveau de la hauteur de vague de la houle tendance de hausse au niveau de la cote d’inondation, incidente. Page 88

Dans les deux cas, l’augmentation précitée pour ces δη, provoque un recul du profil de la plage. deux variables implique un recul du profil de plage, tel que détaillé ci-après. Une hausse du niveau moyen génère une augmentation de la profondeur d’eau en tout point du profil de plage. Effet de la variation du niveau de la mer sur le profil Dans ces conditions, le profil d’équilibre ne sera pas en de plage « équilibre » et subira une élévation, δη, pour s’adapter au nouveau niveau de la mer. Comme cette élévation La réponse des différentes plages du littoral gabonais doit se produire au détriment du sable existant sur face à la hausse du niveau moyen de la mer sous l’effet le profil (hypothèse de plage bidimensionnelle), il se du changement climatique, peut être évaluée en faisant produira un recul, RE, général du profil, de sorte que usage de la règle connue comme règle de Bruun, qui le retrait de la plage couvre le déficit de sable qui est établit qu’une élévation du niveau moyen de la mer, généré sur la plage.

Figure 5.3. Schéma de la règle de Bruun.

Par conséquent, en imposant l’hypothèse selon la- quelle le profil d’équilibre conserve la même forme �� · W * RE�� = avant et après la hausse du niveau de la mer, et que h*+B le volume de sable de la plage doit être conservé, on Où : obtient comme valeur du recul : W*= extension du profil (m). h*= profondeur de fermeture (m). B= hauteur de la berme de la plage (m). Page 89

Figure 5.4. Profil d’équilibre et profondeur de fermeture. Page 90

Si l’on considère que la forme du profil d’équilibre est une augmentation de l’extension de la plage, de sorte déterminée par la formule de Dean (1977), montrée que si en mer extérieure il existait des matériaux sur la figure 5.4, et que la profondeur de fermeture de sédimentaires qui pourraient être transportés par la plage correspond à celle donnée par la formule de asymétrie de la houle vers la plage, l’extension Birkemeier (1985), également montrée sur la figure transversale de celle-ci augmenterait. = 5.7 5.4 et adoptant une valeur moyenne de THSS (ROM 03-91), ce qui implique que la valeur de la Au contraire, s’il se produisait une augmentation de profondeur de fermeture peut être exprimée sous la la profondeur de fermeture de la plage, les limites forme h* ≅ 1.57 HS12, alors on obtient : latérales de ce type de plages ne seraient pas capables de contenir l’extension de plage sèche actuelle, par 1.5 conséquent il se produirait une érosion générale de la �� · W * (1.57Hs12 ) RE�� = = �� 1.5 plage. Ce recul, ou le cas échéant son avancée, peut h*+B 0.51w0.44 1.57H B ( )( s12 + ) être évalué(e), en considérant le profil de Dean (1977), car étant donné que la taille du grain ne change pas, la forme du profil ne sera pas modifiée et l’unique Où : changement sera la limite au large du profil de plage. w= vitesse de chute de grain. Hs12= hauteur significative de vague seulement Si l’on considère le profil parabolique proposé par dépassée par 12 vagues par an (m). Dean (1977) (cf. figure 5.4), le recul RE sera donné par la différence entre l’extension transversale du profil Pour estimer le recul par élévation du niveau moyen actif future et l’extension actuelle :

de la mer sur les côtes du Gabon, on a considéré 33 h*22� h* une dimension moyenne de grain D50=0,2 mm, future actuelle RE�h*=� X* future X* actuelle =3 correspondant à du sable fin et une hauteur de berme A2 d’1 m, donnant pour résultat des reculs annuels en raison de l’élévation du niveau de la mer de 2,62 mm/ an, montrés sur le tableau 5.4, dans lequel on observe des reculs par élévation du niveau moyen de la mer, Où : compris entre 0,01 m/an et 0,1 m/an. X*= extension du profil de plage (m). h*= profondeur de fermeture de la plage (m). Effet de la variation de la hauteur de vague sur le profil A= paramètre de forme du profil de Dean (1977). de plage Si l’on considère que la profondeur de coupe des La profondeur de fermeture de la plage, h*, plages, h*, est déterminée par la formule suivante, conformément à la formule de Birkemeier (1985) dérivée de la formule de Birkemeier (1985) : précédemment décrite, dépend directement de la hauteur significative de vague seulement dépassée par On obtient la formule suivante pour évaluer le recul : 12 vagues par an, Hs12. HHs12� s12 RE�h* = 2.95 32 Si le changement climatique produisait une variation (0.51w0.44 ) au niveau de celle-ci, d’une importance telle que la profondeur de fermeture du profil de plage s’en voyait réduite, sur des plages encastrées et colmatées par Comme le montre cette dernière formule, le recul du sable, les limites latérales pourraient permettre Page 91

provoqué par une augmentation de la profondeur de Si sous l’effet du changement climatique, il se fermeture de la plage, est proportionnel à la variation produisait une variation dans la direction du flux de la hauteur de vague significative, et le coefficient moyen d’énergie, la plage changerait d’orientation. de proportionnalité dépend de la hauteur de vague Ce changement d’orientation sera accompagné par significative actuelle, Hs12, et de la vitesse de chute une future avancée et un futur recul de la plage, de de grain, w. sorte que le volume de sable érodé sera équivalent au volume de sable déposé en front de plage, comme cela La formule obtenue indique que plus la hauteur de est montré sur la figure 5.5. vague significative incidente est importante sur la plage, et plus la taille du sédiment qui compose la plage est petite, alors plus grand est le recul. C’est-à-dire, ce recul sera plus important sur les plages dissipatives, dès lors que la plage est colmatée par du sable.

Pour estimer ce recul, on a considéré, comme dans le cas précédent, une taille moyenne de grain D50=0,2 mm, correspondant à du sable fin, de sorte que les reculs annuels pour les variations au niveau de la Hs12, calculées dans le chapitre 4 pour chaque point objectif, sont indiqués dans le tableau 5.4.

Dans ce tableau, on observe des reculs variables compris entre 0,02 m/an et 0,33 m/an, dans toutes les zones à l’exception de Coco-Beach, où l’on observe des avancées au lieu de reculs.

Ces avancées sont dues au fait que dans la zone de Coco-Beach on a estimé une tendance décroissante au niveau de la hauteur de vague Hs12 (cf. chapitre 4), même si du fait que les points objectif de la zone de Coco-Beach sont affectés par le phénomène de la diffraction de la houle, ces tendances doivent être considérées avec précaution.

5.2.3.Forme en plan Dans cette section, on analysera le recul ou l’avancée des plages rectilignes en équilibre statique non colmatées par du sable, face à un hypothétique changement au niveau de la direction du flux moyen d’énergie. Pour cela, on considère que les limites latérales de la plage sont capables de contenir la plage, quelle que soit la future avancée, et que par ailleurs, comme c’est le cas actuellement, il n’y a aucun apport de sable depuis la mer extérieure ou les contours de la plage. Page 92

Figure 5.5. Effet du changement de la direction du flux moyen d’énergie sur les plages rectilignes en équilibre statique non colma- tées par du sable.

Le recul maximum, REmax, et l’avancée de la plage, RE (δη) RE (δh*) RE (δθFE) Zone Point Nº se produiront aux extrémités des plages et leur valeur (m/an) (m/an) (m/an) dépendra de la variation de la direction du flux moyen Non signi- 1 0.048 0.289 d’énergie, δθFE, et de la longueur de la plage, L, à partir ficative de l’équation suivante : Non signi- 2 0.044 0.265 ficative L 3 0.027 -0.064 - REmax = tg(��FE ) 2 4 0.022 -0.064 - 5 0.019 -0.054 - COCOBEACH 6 0.018 -0.052 0.41 Pour l’estimation des reculs qui sont montrés sur le 7 0.042 0.063 0.358 tableau 5.4, on a considéré des plages type de 1000 m 1 0.078 0.231 0.312 de long. 2 0.082 0.298 0.271 3 0.073 0.208 0.19 Étant donné que ce recul est directement proportionnel 4 0.074 0.231 0.196 à la tangente de la rotation que subit la houle, aucun 5 0.07 0.211 0.263 calcul n’a pu être effectué au niveau des points pour LIBREVILLE 6 0.06 0.141 0.24 lesquels il n’a pas été possible d’obtenir la direction de 7 0.065 0.187 0.297 la houle propagée (cf. section 4.6.2). Page 93

RE (δη) RE (δh*) RE (δθFE) 2 et 3 à Port Gentil), n’ont pas été montrées car on Zone Point Nº (m/an) (m/an) (m/an) considère que les résultats de la direction de la houle 1 0.02 0.027 - propagée à ces points ne sont pas corrects, en raison Non signi- des limites du modèle de propagation utilisé (SWAN), 2 0.008 - ficative qui ne reproduit pas correctement la diffraction (cf. 3 0.014 0.021 - chapitre 4). 4 0.067 0.193 0.834 5 0.085 0.237 0.311 D’après le tableau 5.4, la tendance à la rotation horaire 6 0.094 0.262 0.126 sur les plages des zones de l’étude provoquera à PORT GENTIL PORT 7 0.086 0.253 0.225 l’extrémité nord de celles-ci un recul compris entre 0,1 8 0.082 0.219 0.3 m/an et 0,4 m/an (pour des plages type de 1000 m de long) et une avancée de même magnitude à l’extrémité 1 0.069 0.117 0.53 sud. 2 0.105 0.284 0.181 3 0.09 0.202 0.28 Le reste des résultats montrés dans le tableau 5.4 ont 4 0.106 0.273 0.289 déjà été amplement commentés dans la section 5.2.2. 5 0.114 0.329 0.185 GAMBA 6 0.113 0.325 0.23 5.2.4. Transport littoral 7 0.112 0.311 0.154 Pour finir, on évalue les effets du changement 8 0.109 0.315 0.399 climatique sur le transport littoral, en suivant la même 1 0.084 0.16 0.23 méthodologie que celle employée dans l’analyse de la 2 0.088 0.203 0.398 cote d’inondation, qui se base sur la reconstruction 3 0.052 0.068 0.257 d’une série historique de taux de transport à partir de 4 0.084 0.159 0.334 laquelle on estime des tendances historiques à long 5 0.079 0.136 0.101 terme au niveau de ce transport. 6 0.089 0.191 0.347 MAYUMBA 7 0.115 0.334 0.244 Le moteur principal du transport littoral est la 8 0.11 0.331 0.283 houle et les phénomènes associés à celle-ci, qui Tableau 5.4. Reculs en fonction de l’élévation du niveau avec la bathymétrie, les conditions de contour, les moyen de la mer, de l’augmentation de la profondeur caractéristiques morphologiques et granulométriques de fermeture de la plage et de la rotation du flux moyen du sédiment, ainsi que ses apports principaux, d’énergie de la houle aux points objectif. définissent la morphologie des plages.

Le tableau 5.4 indique les reculs prévus en raison de la Le transport littoral a été calculé au moyen de rotation du flux moyen d’énergie, RE (δθFE), avec les l’application de la formule théorique du CERC (1984), reculs déjà commentés (cf. section 5.2.2), en fonction qui met en relation le taux de transport de sédiment le de l’augmentation du niveau de la mer, RE (δη), et long de la plage comme poids submergé, I, avec le flux de l’augmentation de la profondeur de fermeture, d’énergie de la houle par unité de longitude de la côte, correspondant aux effets sur le profil de plage, RE PL, comme suit : (δh*), à tous les points objectif des cinq zones d’étude.

I = KPL Il convient de souligner que dans le tableau précédent, les tendances de recul en raison de la rotation de la houle à certains points (3, 4 et 5 à Coco-Beach et 1, Page 94

Où K est un coefficient empirique de proportionnalité Observez que Q dépend directement de la hauteur de et : vague élevée à la puissance 5/2 et le sinus de deux fois l’angle, ce qui implique que le transport a un maximum P (EC sin cos ) lg= �� b pour θb= 45º et décroît pour les angles plus grands ou plus petits que celui-ci. Et le sous-indice b se réfère au déferlement. La densité d’énergie E et la célérité de groupe Cg au point de Remarquez que la formule du CERC ne tient pas déferlement se rapprochent à partir de la théorie compte de la taille du grain, ce qui n’est pas correct. linéaire d’ondes, comme suit : Del Valle, Medina et Losada (1991) proposent une dépendance exponentielle du coefficient K par rapport 1 à D50 (exprimé en mm), avec le rapport suivant : E=� gH2 8 wb 1 �2,5D50 2 K= 1, 4e 1 gH 2 ��b Cgb=� (gh ) �÷ ���b De la même façon que pour le calcul des reculs dans le profil de plage, on a considéré une taille moyenne Où : de grain, D50, de 0,2 mm, correspondant à des sables ρw = la densité de l’eau fins. g = l’accélération de la gravité Hb, θb y hb = hauteur de vague, angles des fronts et �=H /h Les variations au niveau du transport du sédiment, profondeur au point de déferlement b bb d’après la formule suivante, peuvent être générées par De cette manière, l’équation est la suivante : ce qui suit :

35 K 22 I =�wbg H sin(2 � b ) • Variations de la hauteur de vague au déferlement, 16 � b Hb. • Variations de la profondeur de déferlement, hb. • Variations de l’angle d’incidence de la houle au D’autre part, le poids submergé du sable transporté est déferlement, θb. le suivant : Compte tenu de la disponibilité de séries historiques

I= ( �sw �� )ga'Q suffisamment longues aux points objectif, concernant la hauteur de vague et la direction de la houle, on a opté où ρs est la densité du matériau qui forme le sédiment, pour la reconstruction de la série historique des taux a’ = (1-p) où p est la porosité et Q le débit du transport de transport, pour ultérieurement estimer la tendance solide. En mettant en relation les équations, on obtient à long terme du transport net potentiel, au moyen la formule connue sous le nom de formule du CERC : de l’ajustement d’un modèle de régression linéaire, comme celui employé dans le calcul de tendances des 1 cotes d’inondation. 2 5 Kg�w 2 Q =�Hbb sen(2 ) 16(� �� )(1 � p) � sw b Toutefois, il convient de signaler que l’orientation de la côte considérée, dont la connaissance est indispensable pour la détermination de l’angle d’incidence de la houle sur la côte, θb, correspond à une direction moyenne estimée sur la base des cartes Page 95

et de la bathymétrie disponibles dans la zone, qui sont Compte tenu de l’orientation des flux moyens montrés montrées sur la figure 5.6 (flèches blanches), avec les sur la figure 5.6, il se confirme l’existence d’un limites que comporte l’échelle de ces cartes (1/200 transport net vers le nord dans presque la totalité du 000) et la résolution de la bathymétrie (30 secondes). littoral du Gabon, comme l’indiquent les nombreux cordons littoraux présentes le long de toute la côte, Par conséquent, les taux de transport ainsi calculés, spécialement dans la région d’Ogooué-Maritime, ainsi doivent être considérés avec précaution, et les que l’asymétrie de la pointe du delta du fleuve Ogooué tendances extraites des séries temporelles de transport au cap López. reconstruites aux points objectif doivent être prises en compte uniquement au niveau qualitatif et non Cette direction du transport vers le nord s’inverse quantitatif. aux points situés au nord de Coco-Beach, même si, tel que nous l’avons précédemment mentionné, il La figure 5.6 montre les orientations moyennes de convient d’être méfiant concernant la qualité du calcul la côte estimées (flèches blanches) et les directions de la direction de la houle en ces points, en raison de flux moyen d’énergie de houle calculées à tous les des limites du modèle de propagation employé au points objectif (flèches noires). moment de reproduire la diffraction.

Page 96

Figure 5.6. Direction du flux moyen (flèche noire) et orientation moyenne de la côte (flèche blanche) dans les cinq zones objectif.

L’analyse des changements historiques au niveau plus détaillées dans chaque zone, ce qui échappe à la des taux de transport ne permet pas d’extraire une portée de la présente étude. tendance évidente d’augmentation ou de diminution de la magnitude du transport littoral. 5.3. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE DANS LES D’un côté, la tendance à la rotation horaire de la houle, ESTUAIRES qui implique une réduction au niveau de l’obliquité de l’incidence de la houle sur la côte, provoque une Le type de circulation estuarienne dépend diminution des taux du transport qui se dirige vers le essentiellement du prisme de marée, de la période nord, alors que l’augmentation au niveau de la hauteur de l’onde de marée et du débit moyen du fleuve. de vague provoque l’effet contraire, ce qui fait que les Concernant ces paramètres, aussi bien le débit moyen taux de transport augmentent avec la hausse de la du fleuve que le prisme de marée peuvent se voir hauteur de vague. Le résultat final dépend de l’équilibre modifiés par le changement climatique. relatif entre ces deux facteurs, qui est lui-même étroitement lié à l’orientation de la côte considérée, Dans les cinq zones d’étude désignées, il existe 3 laquelle, comme nous l’avons précédemment expliqué, estuaires : celui du fleuve Ogooué dans la zone de Port a été estimée avec certaines limites. Gentil, celui du Komo à Libreville et celui du Mouni à Coco-Beach. Toutefois, le manque de données Ainsi, les tendances obtenues dans le cas du Gabon concernant les débits, aussi bien liquides que solides offrent une grande disparité de résultats, avec une des fleuves Komo et Mouni ont réduit cette étude à alternance de points auxquels sont détectés des taux un seul estuaire, celui du fleuve Ogooué à Port Gentil. positifs, négatifs et également non significatifs. Dans le présent chapitre, on analysera en premier lieu De manière générale, on peut affirmer que prédomine les changements au niveau du régime hydrologique la tendance à l’augmentation du transport net littoral, du fleuve mentionné, sous l’effet du changement même si pour confirmer catégoriquement cette climatique, pour établir les tendances au niveau de ses affirmation, il serait nécessaire de réaliser des études débits liquides et solides. Page 97

Sur la base de la hausse du niveau moyen de la mer et 5.3.1.Régime hydrologique des apports solides du fleuve, on a analysé les effets du Les fleuves les plus importants du Gabon sont l’Ivindo, changement climatique sur le prisme de marée (Ω), le Nyanga River et surtout l’Ogooué (cf. figure 5.7). Ce qui se définit comme le volume d’eau qui entre et sort dernier, sur lequel se centre l’étude du présent chapitre, de l’estuaire à chaque cycle de marée, et qui constitue est le fleuve le plus important du Gabon, et il se jette le paramètre qui affecte dans une plus large mesure la dans l’océan Atlantique. Son bassin hydrographique morphologie des différents éléments qui caractérisent draine la quasi-totalité du Gabon, avec certains la configuration morphologique de l’estuaire. affluents qui parviennent jusqu’en République du Congo, au Cameroun et en Guinée équatoriale. 90 % Ci-après a été étudié l’effet d’une possibledu bassin rentre dans les frontières du pays et couvre augmentation du prisme de marée sur d’autres les deux tiers du territoire. Avec une longueur de 1 éléments morphologiques de l’estuaire, tels que l’entrée 200 km, l’Ogooué est relativement court par rapport de l’embouchure et le volume de haut-fond formé à aux grands fleuves africains, et une grande partie de l’embouchure. son bassin est couvert de forêts faiblement peuplées par l’homme en raison de son climat tropical humide, peu sain.

Figure 5.7. Réseau hydrographique général du Gabon. Page 98

Le fleuve Ogooué naît en République du Congo, Il existe 6 stations de jaugeage sur le fleuve Ogooué, dans les monts Ntalé, à 840 mètres d’altitude. Il est avec des séries plus ou moins étendues, alors que sur le navigable sur une grande partie de son cours, et ses reste du lit, aucune information concernant les débits rives présentent peu de localités ; les plus notables sont n’est disponible . À partir des données des stations Loanda, Lambaréné, Ndjole, Booué, Kankan, Ndoro, de l’Ogooué, incluant les données de précipitation, Lastoursville, Moanda et Franceville. L’Ogooué (cf. on a pu obtenir le coefficient d’écoulement, CE, des figure 5.8), après avoir suivi un cours d’est en ouest, sous-bassins associés, ainsi que la valeur moyenne débouche dans l’océan Atlantique à travers un delta de l’évapotranspiration réelle moyenne annuelle, marécageux, de quelque 100 km de large et 100 km de ET. Le tableau suivant présente les valeurs obtenues, long, au sud de Port-Gentil. ainsi que la moyenne pondérée avec la superficie correspondante :

Figure 5.8. Vue du fleuve Ogooué à Makokou. Source : http:// www.geo-reisecommunity.de.

Superficie Précipitation Débit ET Station CE (km2) (mm) (m3/s) (mm) 177 48500 1900 789 0.27 1387 193 22000 2000 716 0.51 974 194 8700 2000 260 0.47 1058 192 47700 2000 1276 0.42 1156 188 129600 1950 2707 0.34 1291 191 205000 1900 4659 0.38 1183 Moyenne 1931 0.37 1220 Tableau 5.5. Calcul du coefficient d’écoulement et évapotranspiration pour les 6 stations de jaugeage du fleuve Ogooué. Page 99

On obtient un coefficient d’écoulement moyen pour changement climatique de l’IPCC (4th Assessment le bassin de 0,37, avec des variations comprises entre Report, tome I), la hausse de la température prévue 0,27 et 0,51 et une évapotranspiration réelle de 1220 pour 2080-2099, par rapport à la période 1980-1999, mm, également avec une certaine variabilité. Il est à dans la région du Gabon, est de l’ordre de 2,5ºC, sans préciser que le Gabon est un pays avec un climat, une différences appréciables entre l’été et l’hiver (cf. figure végétation et un usage du sol relativement homogènes, 5.9). En ce qui concerne la précipitation, la majeure par conséquent ces valeurs peuvent être considérées, partie des modèles de circulation globale employés au moins dans une première approche, comme prévoient une hausse durant cette même période de représentatives de l’ensemble du pays, y compris les l’ordre de 5 % en termes annuels, avec une hausse autres bassins mineurs. majeure au cours des mois d’hiver (7 %) et une hausse D’après les prévisions du dernier rapport sur le mineure en été (3 %).

Figure 5.9. Anomalies obtenues avec différents modèles de circulation générale de la température et de la précipitation moyenne annuelle (1ère colonne), en hiver (2ème colonne) et en été (3ème colonne). Source : IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change, 2007. Page 100

Si l’on considère que les changements au niveau de la période 2080-2099, le scénario de changement de 10 % température n’affectent pas de manière significative le par an de la hausse des précipitations, qui correspond à taux d’évapotranspiration moyen annuel, il est possible une augmentation de 5 % à l’horizon 2050, on obtient de réaliser une estimation de l’effet d’une augmentation les résultats suivants concernant la hausse des débits : des pluies au niveau des débits. En appliquant à la

Superficie Précipitation Débit ET Station CE % aug. Q (km2) (mm) (m3/s) (mm) 177 48500 1995 935 0.30 1387 19% 193 22000 2100 786 0.54 974 10% 194 8700 2100 288 0.50 1058 11% 192 47700 2100 1427 0.45 1156 12% 188 129600 2047.5 3108 0.37 1291 15% 191 205000 1995 5277 0.41 1183 13% Moyenne 2027.58 0.40 1210 13% Tableau 5.6. Calcul des débits après augmentation de la précipitation de 5 % dans les 6 stations du fleuve Ogooué.

On obtient une augmentation du débit moyen dans le évaluer, étant donné qu’il n’existe pas de données dis- scénario considéré de 13 % à l’horizon 2050. ponibles concernant la concentration des sédiments dans aucun bassin du Gabon. L’augmentation au niveau des débits peut avoir des conséquences en termes de ressources disponibles, D’après la bibliographie consultée, les apports solides risques d’inondation, certaine baisse de la salinité moyens des bassins des fleuves Niger (avec son af- des estuaires et variation de l’apport de sédiments à fluent le Benué) et Congo, les deux les plus importants la côte. Ce dernier aspect, d’une importance singu- de l’ouest de l’Afrique et situés respectivementau nord lière aux effets de notre étude, est cependant difficile à et au sud du Gabon, sont les suivants :

Tableau 5.7. Apports solides de certains fleuves africains. Source : Hydrology and Water Resources in Tropical Africa Develop- ments in Water Balek, Jaroslav. Page 101

L’extrapolation de ces données, qui sont en soi Niger, est celui qui ressemble le plus, de par sa taille soumises à une grande incertitude, doit être envisagée et sa proximité géographique, aux bassins d’étude. Si avec précaution, étant donné qu’il s’agit de bassins très l’on se base sur cette supposition, on obtient un apport grands avec une variabilité au niveau du climat et des moyen total de l’ensemble des solides d’environ 37 t/ usages du sol, beaucoup plus grande que celle que l’on km2 par an, dont les trois quarts seraient des solides trouve au Gabon. sédimentables (granuleux et cohésifs), et le reste en On peut considérer que le fleuve Benué, affluent du dissolution.

Figure 5.10. Estimation globale des apports solides des fleuves d’Afrique. Extrait de « Hydrology and Water Resources of Africa » (Mamdouh Shahin, Kluwer Academic Pu- blishers, 2006).

D’après une autre estimation, dans ce cas due à Mil- à réduire. liman et Meade (1983), on obtiendrait un apport moyen compris entre 10 et 50 t/km2·par an, comme Ces valeurs sont relativement faibles, en comparaison cela est montré sur la figure 5.10. avec d’autres régions du monde, en raison du bon état de conservation et de l’abondante couverture végétale Enfin, Holeman (1968) a estimé la production du bassin. moyenne des fleuves Congo et Niger entre 17,8 et 4,6 t/km2·par an, respectivement. Si l’on considère un rapport linéaire entre le débit moyen annuel et la concentration de sédiments, on Au vu de ces chiffres, trois possibles valeurs de pro- parvient aux estimations suivantes concernant l’ap- duction spécifique sont considérées, 10, 30 et 50 t/ port solide total par station et la moyenne pour les km2, représentatives d’une plage d’incertitude difficile données historiques : Page 102

C=10 C=20 C=50 Superficie Débit Station t/km2· an t/km2· par an t/km2· par an (km2) (m3/s) Qs1 (m3/s) Qs2 (m3/s) Qs3 (m3/s) 177 48500 789 261456 784367 1307278 193 22000 716 118598 355795 592992 194 8700 260 46900 140701 234501 192 47700 1276 257143 771429 1285714 188 129600 2707 698652 2095957 3493261 191 205000 4659 1105121 3315364 5525606 Moyenne 747 690 2 211 451 3 738 448 Tableau 5.8. Estimation des apports solides moyens annuels de nos jours (année 2011).

L’apport moyen de l’ensemble des solides oscille entre Dans le scénario considéré de hausse de précipitation 750 000 et 3 750 000 m3/an, desquels seule une petite de 5 %, les estimations de production de sédiments fraction sera composée de sables et de graviers, le reste donnent des valeurs un peu plus élevées : étant des fines et des particules dissoutes.

C=10 C=20 C=50 Superficie Débit Station t/km2· an t/km2· par an t/km2· par an (km2) (m3/s) Qs1 (m3/s) Qs2 (m3/s) Qs3 (m3/s) 177 48500 935 309870 929611 1549352 193 22000 786 130154 390461 650768 194 8700 288 51877 155630 259383 192 47700 1427 287624 862873 1438122 188 129600 3108 802065 2406196 4010327 191 205000 5277 1251605 3754814 6258023 Moyenne 850 682 2 516 302 4 249 975 Tableau 5.9. Estimation des apports solides moyens annuels après une hausse de la précipitation de 5 % à l’horizon 2050.

Si l’on considère que la concentration est proportionnelle au débit, on obtient des augmentations d’apports de solides similaires à ceux présentés pour les débits liquides. Page 103

Figure 5.11. Position des points 5 et 6 où a été cal- culé le transport littoral moyen annuel.

Dans l’analyse de la dynamique littorale de la côte en ordre de grandeur, avec les chiffres présentés du Gabon, on a obtenu que le transport longitudinal précédemment ; concrètement, si l’on considère que moyen de sable fin (D50=0,2 mm) dans la zone exposée la production spécifique du bassin est de 30 t/km2 de la côte du delta de l’Ogooué (points 5 et 6 sur la par an, la production totale du bassin devrait être carte de la figure 5.11) est de l’ordre de 235 000 m3/ composée par 10 % de sables, de sorte que l’équilibre an (période 1948-2010) ; les données complètes sont est obtenu avec un transport sur les plages, égal à celui présentées sur la figure 5.12. Ce chiffre est cohérent, cité.

Figure 5.12. Série de transport littoral moyen annuel aux points 5 et 6 (m3/an). Page 104

En définitive, les apports solides du bassin sont très replats de marée est inférieur au taux de croissance du importants pour le maintien de l’équilibre de la côte, et niveau de la mer, le prisme de marée augmentera. l’effet le plus probable du changement climatique sera une légère hausse, aux alentours de 10 %, au niveau Supposons que la superficie des replats de marée des apports totaux. Ce chiffre est entouré d’une grande demeure constante, la variation du prisme de marée incertitude, en raison à la fois de l’absence de données et l’augmentation du niveau moyen sont mises en historiques et de la possibilité qu’il se produise rapport à partir de l’équation suivante : d’autres altérations au niveau des usages du sol du 6 bassin (déforestation, urbanisation, construction �� =( �� � � )Af × 10 de barrages, etc.) non nécessairement associées au changement climatique. Où : � = augmentation de la cote des hauts-fonds 5.3.2. Prisme de marée découvrant (m) En ce qui concerne la configuration morphologique de �� = variation du prisme de marée (m3) l’estuaire, il convient de souligner que le paramètre qui affecte dans une plus grande mesure la morphologie �� = augmentation du niveau moyen de la mer à des différents éléments, est le prisme de marée (Ω), l’horizon 2050 (m) c’est-à-dire le volume d’eau qui entre et sort de l’estuaire Af = surface totale des marais (106 m2= 1 km2) à chaque cycle de marée. Le changement climatique a une incidence à la fois Si le fond de la baie intérieure des estuaires était plat sur le niveau moyen de la mer, ce qui provoque et les parois latérales, verticales, une augmentation du une hausse de celui-ci estimée à 2,62 mm/an, et sur niveau moyen ne supposerait pas d’augmentation du le taux d’augmentation de la cote des hauts-fonds prisme de marée. découvrants, au travers de l’augmentation du débit solide du fleuve Ogooué, estimé dans la section 5.3.1. Toutefois, l’existence d’éléments morphologiques tels que les marais, dont la cote en condition d’équilibre Si l’on considère qu’actuellement, l’estuaire se trouve dynamique se situe aux alentours du niveau moyen, en équilibre, c’est-à-dire que α est égal à 0, et que tout rend possible le fait que, s’il se produit une hausse du l’excédent sédimentaire entre nos jours (année 2011) niveau moyen, la cote relative des marais diminue, ce et l’horizon 2050, ΔQ, se dépose dans tout le fond de qui fait que la surface de la zone inondée de l’estuaire la baie de la même manière, y compris les hauts-fonds augmente et par conséquent le prisme de marée. découvrants, l’augmentation au niveau de la cote des hauts-fonds découvrants peut être obtenue comme D’autre part, même si le niveau moyen de la mer suit : augmente, si le taux de génération de sédiments �Q à l’intérieur de la baie (que ce soit en raison de la �= A× 106 mort d’organismes calcaires, en raison de processus b de floculation ou en raison d’apports fluviaux), est suffisamment important pour que la cote des marais Où Ab est la surface totale de la baie (106 m2=km2). augmente conformément à l’augmentation du niveau moyen, on pourrait parvenir à maintenir à tout À partir de l’augmentation au niveau des débits solides, moment un équilibre dynamique, dans lequel le estimée dans les tableaux 5.8 et 5.9, on a obtenu le prisme de marée demeurerait constant. volume total d’excédent de sédiments accumulés de Alors que, si le taux d’augmentation de la cote des nos jours (année 2011) jusqu’à l’horizon 2050, en le Page 105

calculant tout en tenant compte du fait qu’il s’agit d’une série géométrique de croissance linéaire, comme cela est indiqué dans le tableau 5.10 :

C (t/km2 par an) 10 20 50 Qs0 (An 2011) (m3/an) 747 690 2 211 451 3 738 448 Qsf (An 2050) (m3/an) 850 682 2 516 302 4 249 975 δQs0 (m3/an) 0 0 0 δQsf (m3/an) 102992 304851 511527 ΔQ (m3)= (2050-2011)·(δQs0 + δQsf)/2 2 008 344 5 944 594 9 974 776 Tableau 5.10. Accumulation d’excédent de débit solide entre nos jours (année 2011) et l’horizon 2050.

Si le taux d’augmentation de la cote des replats de ma- baie seuil à partir de laquelle l’excédent de sédiments rée est égal au taux d’augmentation du niveau moyen, déposés dans ces marais provoque une augmentation la variation du prisme de marée sera nulle. Par contre, de sa cote inférieure à l’augmentation du niveau si le taux d’augmentation du niveau moyen de la mer moyen provoqué par le changement climatique. C’est- est supérieure au taux d’augmentation de la cote des à-dire qu’il existe une surface critique de la baie à marais, on obtient une augmentation au niveau du partir de laquelle le prisme de marée aura tendance à prisme de marée. augmenter.

�Q 6 �Q �� � � = �� �6 > 0 Ab ×> 10 Ab × 10 �� �� > 0 �� > 0

� = �actuel + �� On a calculé la surface critique de l’estuaire à partir Comme on a considéré que l’ensemble de l’excédent de de laquelle le prisme de marée aura tendance à sédiments par rapport à la situation actuelle se déposera augmenter à l’horizon 2050, comme indiqué dans le dans le fond de l’estuaire, y compris les hauts-fonds tableau suivant. découvrants, pour un volume d’excédent de sédiments donné, ΔQ (cf. tableau 5.10), il existe une surface de la

C (t/km2 an) 10 20 50 ΔQ (m3) 2 008 344 5 944 594 9 974 776 Aη (An 2050)=dη·(2050-2011) (m) 0.102 Αb (km2) 19.6 58.2 97.6 Tableau 5.11. Surface critique de hauts-fonds découvrant. Page 106

Du tableau précédent, il ressort que pour une surface Ac= 6,65·10-2  ; pour des embouchures sans digues supérieure à 97,6 km2, on obtient une augmentation Ac= 4,063·10-2  ; pour des embouchures avec digues du prisme de marée. Où : Dans le cas des estuaires du Gabon, recouverts en majeure partie de mangroves, il n’a pas été possible de Ac est la surface de la section transversale de déterminer la surface totale de la baie, encore moins l’embouchure à marée moyenne (km2) ; la surface des hauts-fonds découvrants, car à partir  est le prisme de marée correspondant à une marée de photographies aériennes ou de satellite ce n’est de vive-eau (km3). pas viable, et cela nécessite la réalisation de travaux qui échappent à la portée de la présente étude, pour La section transversale Ac représente la surface obtenir une bathymétrie suffisamment détaillée qui critique correspondant au débit maximum à marée permette d’identifier les zones inondées. montante ou descendante. La section ne pourra pas être inférieure à Ac, étant donné que la vitesse du Par conséquent, il n’a pas été possible d’établir la valeur courant augmenterait en provoquant l’érosion du de la hausse du prisme de marée comme on l’espérait. sédiment, et la récupération de la section d’équilibre. Elle ne pourra pas non plus être supérieure à Ac, étant Toutefois, étant donné que la surface critique est très donné que la vitesse du courant de marée diminuerait, petite par rapport aux dimensions de l’estuaire du en provoquant le dépôt de sédiment et à nouveau la fleuve Ogooué, on peut affirmer qu’on peut s’attendre à récupération de la zone d’équilibre. Par conséquent, à ce que la tendance du prisme de marée soit à la hausse, long terme, l’embouchure tend à présenter une section bien qu’il ait été impossible d’en évaluer la magnitude. critique au niveau de l’équilibre dynamique. C’est-à- dire, la section de l’embouchure oscille aux alentours Les conséquences de l’augmentation du prisme de d’une valeur moyenne de Ac, étant donné que la marée entraîneront un déséquilibre dynamique au vitesse de l’embouchure varie tout au long du cycle niveau des estuaires qui se trouvent actuellement de marée, et de plus, les marées ne présentent pas en équilibre, et ses effets seront tels, qu’un déficit de toutes la même intensité (marée de vive-eau/marées sable sera généré au niveau des replats de marée, au de morte-eau). niveau du haut-fond à l’embouchure, avec également des répercussions sur la surface d’équilibre de À partir de l’étude de cette mise en rapport, on peut l’embouchure et sur les plages adjacentes à l’entrée de dire que l’unique moyen d’altérer la surface d’équilibre l’embouchure. est d’intervenir sur le prisme de marée, de sorte que les réductions drastiques du prisme de marée au L’effet de l’augmentation à laquelle on peut s’attendre travers de la consolidation des marais provoquent la au niveau du prisme de marée sur la surface d’équilibre réduction de la surface de la section transversale de de l’embouchure et le volume du haut-fond à l’embouchure. l’embouchure sont décrits dans les sections suivantes. Si l’on tient compte de la mise en rapport présentée 5.3.3.Entrée de l’embouchure par O’Brien (1969), qui établit que la surface de la En ce qui concerne la configuration morphologique de section critique de l’embouchure est proportionnelle l’estuaire, il convient de souligner que la surface de la au prisme de marée, on peut établir le rapport entre section transversale de l’embouchure est directement la variation de la surface de la section critique de proportionnelle au prisme de marée de l’estuaire l’embouchure et l’augmentation du niveau de la mer : (O´Brien, 1969) : Page 107

Aeq,act =� C' act du prisme de marée et inversement proportionnelle au prisme de marée. Aeq,fut = C'( �act + �� ) Si l’on considère que les contours extérieurs de la baie A= C ' ( � + ( �� � � )(A ) × 106 ) eq,fut act f sont verticaux, et compte tenu de la course de marée existante de 2 m (Cf. chapitre 3), on estime que le prisme de marée minimum à partir duquel se produit Où : une augmentation de celui-ci, pour les 3 scénarios = surface de la section d’équilibre actuelle (m2). considérés, est tel qu’indiqué dans le tableau suivant : = surface de la section d’équilibre future (m2). = prisme de marée actuel (m3). C 10 20 50 (t/km2 an) En regroupant les termes : Αb (km2) 19.6 58.2 97.6

6 Ωact (m3) 39 200 000 116 400 000 195 200 000 Aeq,fut C '(�� � � )A × 10 =+1 f Tableau 5.12. Prisme de marée critique. Aeq,act C' � act 6 �Aeq (�� � � )A × 10 = f La figure 5.13 représente de manière graphique la A eq,act � act variation de la surface de la section d’équilibre en 6 �Aeq A× 10 �� fonction de l’augmentation du prisme de marée pour =f () �� � � = Aeq,act ��act act le prisme de marée critique. Observez que le rapport est linéaire, et qu’il augmente plus la variation du prisme est importante, et cette augmentation est plus D’après l’expression obtenue, la variation de la importante pour les estuaires les plus petits. surface d’équilibre est proportionnelle à la variation

Figure 5.13. Variation adimensionnelle de la surface de la section d’équilibre en fonction de la variation du prisme de marée. Page 108

Il convient de souligner que les variations obtenues En effectuant la soustraction de ces deux expressions dans les sections d´équilibre à partir de l’abaque 6 1.23 1.23 précédent, constituent une cote supérieure de celles- �Ve = K ( �act + ( �� � � )Af × 10 ) � K ( � act ) ci dans le cas où se produirait une augmentation �V �� e = 1.23 du prisme de marée dans l’estuaire. De sorte que V � act pour chacun des scénarios de concentration de sédiments évoqués, si l’on entre dans l’abaque avec Où est la variation du volume du haut-fond à une augmentation du prisme de marée en abscisses, l’embouchure (m3). on obtient l’augmentation adimensionnelle maximale à laquelle on s’attend dans la section d’équilibre de D’après cette expression, la variation du volume du l’embouchure. haut-fond à l’embouchure dépend du prisme de marée actuel de l’estuaire, de la surface occupée par les marais Par exemple, dans l’hypothèse où le fleuve Ogooué et de la différence entre le taux d’augmentation de la transporterait une concentration de 10t/km2 par an, cote des marais et le taux d’augmentation du niveau et que le prisme de marée subissait une augmentation de la mer. de 0,01 km3 d’ici (année 2011) à l’horizon 2050, il se produirait une augmentation de la surface de Comme l’indique la figure, plus le prisme de marée et l’embouchure dans tous les cas inférieure à 0,25 fois la la surface de la baie sont élevés, plus la différence entre surface de l’embouchure existante actuellement. l’augmentation du niveau moyen et l’augmentation de la cote des marais est grande, alors plus la variation 5.3.4. Volume du haut-fond formé à l’embouchure du volume d’équilibre du haut-fond à l’embouchure L’effet de l’augmentation du niveau de la mer sur le est élevée. volume de sable retenu par le haut-fond à l’embouchure peut être évalué à partir de la formule proposée par Étant donné que la dynamique dans la zone extérieure Walton et Adams (1976) : de l’estuaire, c’est-à-dire dans la zone où se situent V=� K 1.23 e,act act les plages adjacentes, l’embouchure et le haut-fond à l’embouchure, est beaucoup plus active que la zone Où : interne de l’estuaire, on peut s’attendre à ce que le = volume actuel du haut-fond à l’embouchure (m3). rétablissement de l’équilibre dynamique au niveau K= coefficient de proportionnalité. du haut-fond formé à l’embouchure se produise dans des périodes de temps beaucoup plus petites et que ce En appliquant le même rapport pour le volume du volume requis par le haut-fond à l’embouchure pour haut-fond à l’embouchure dans le futur, en tenant parvenir à son état d’équilibre dynamique, provienne compte de l’augmentation du prisme de marée que en principe de la plage adjacente, ce qui générera un peut supposer l’augmentation du niveau de la mer : recul supplémentaire de celle-ci. 6 1.23 Ve,fut = K ( �act + ( �� � � )Af × 10 )

Où est le volume futur du haut-fond à l’embouchure (m3). Page 109

surface de l’embouchure dans tous les cas inférieure à 0,3 fois le volume de haut-fond existant actuellement.

En définitive, le scénario d’augmentation des précipitations de 5 % à l’horizon 2050, qui entraîne une augmentation des débits solides du fleuve Ogooué de l’ordre de 10 % avec un hausse du niveau de la mer de 2,62 mm/an, provoquera l’augmentation du prisme de marée de l’estuaire à hauteur d’un volume qui reste à déterminer.

Cette augmentation du prisme de marée n’a pas pu être évaluée car on ne disposait pas des données relatives à la surface totale de la baie et à la surface de marais de l’estuaire du fleuve Ogooué, c’est pourquoi on a élaboré Figure 5.14. Variation adimensionnelle du volume d’équilibre des abaques qui permettent d’établir le rapport entre du haut-fond à l’embouchure en fonction de la variation du n’importe quelle augmentation du prisme de marée et prisme de marée. la surface d’équilibre de l’embouchure d’une part (cf. figure 5.13) et le volume du haut-fond à l’embouchure I l d’autre part (cf. figure 5.14), pour lesquels une convient de souligner que les variations obtenues augmentation du prisme de marée provoquerait au niveau du volume du haut-fond à l’embouchure également une augmentation du volume de ces deux à partir de la figure 5.14 correspondent à une cote éléments. supérieure de celui-ci pour le cas où se produirait une augmentation du prisme de marée dans l’estuaire 5.4. EFFET DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES ; et ce, de la même manière que dans l’abaque de OUVRAGES MARITIMES la figure 5.13. Ainsi, dans le cas où par exemple le fleuve Ogooué transporterait une concentration de En ce qui concerne les ouvrages maritimes, on a identifié 10t/km2 par an et que le prisme de marée subirait qu’il existe des structures dans l’environnement des une augmentation de 0,01 km3 d’ici (année 2011) à points objectif suivants : l’horizon 2050, il se produirait une augmentation de la

Zone Point Nº Latitude Longitude Profondeur (m) Libreville 3 0.4 º N 9.28 º E 9.7 Port Gentil 4 0.616 º S 8.705º E 13.3 Gamba 7 2.818 º S 9.95 º E 10.7 Tableau 5.13. Points objectif proches d’ouvrages côtiers existants. Page 110

Dans la zone de Libreville, il existe diverses digues détachées du continent, à l’abri desquelles est effectué l’amarrage des bateaux de petite taille ; on a également identifié des quais à parement vertical et des éléments de protection côtière tels que des enrochements et des murs.

À Port Gentil, il existe plusieurs quais à caractère commercial, et un port pétrolier à l’abri d’une grande digue proche de la pointe de Cap López. Page 111

À Gamba, il existe divers enrochements de protection à côté de la jetée d’accostage de la centrale pétrolière, dotée d’un quai sur pilotis.

Dans le présent chapitre, nous étudierons l’influence Enfin, on a évalué l’incidence du changement du changement climatique sur la fonctionnalité et la climatique sur le poids des pièces de la carapace stabilité de ces ouvrages actuellement existants. extérieure, pour déterminer si l’on peut s’attendre à ce que la stabilité des ouvrages existants soit compromise. En raison du manque d’information concernant ces ouvrages, l’analyse a été réalisée de manière généraliste 5.4.1. Réflexion et en formulant de nombreuses hypothèses sur leurs Dans la zone d’étude, on a observé de nombreux principales caractéristiques. quais et quelques digues verticales, par conséquent on étudiera l’effet du changement climatique sur Dans l’optique de l’analyse de la fonctionnalité des la réflexion dans le cas des structures verticales structures et de la manière dont le changement infranchissables, pour lesquelles il existe des formules climatique les affecte, on a étudié aussi bien le empiriques, comme celle obtenue par Numata (1976), phénomène de réflexion que de franchissement. en mesurant les coefficients de réflexion des digues verticales poreuses soumises à une houle régulière. L’augmentation de la réflexion de la houle sur les quais La valeur du coefficient de réflexion a été ajusté avec existants peut provoquer une réduction du caractère l’expression suivante : opérationnel de ces derniers, par conséquent on étudiera l’effet du changement climatique sur la BH�R C ��; pour 0.01 RR=� �÷ > réflexion dans le cas des structures verticales poreuses ��DL (constituées d’enrochement tout-venant), non franchissables. où B est la largeur de la digue et D le diamètre L’augmentation du franchissement des structures équivalent des pièces. H est la hauteur de la vague a également une incidence négative sur la incidente et L sa longueur d’onde. fonctionnalité de celles-ci, par conséquent on a étudié le franchissement, à la fois au niveau des structures Comme l’indique la formule proposée par Numata verticales et des talus. Page 112

(1976), le coefficient de réflexion dépend de la affecté par le changement climatique. Les coefficients largeur de la digue adimensionnalisée par le diamètre αR et βR dépendent quant à eux de la profondeur équivalent des pièces, paramètre qui ne se voit pas relative, h/L comme indiqué dans le tableau 5.14.

Matériau B/D h/L αR βR ≤ 0.15 0.35 1.7 (h/L) Enrochement < 8 tout-venant > 0.15 0.35 0.17 (h/L)-0.2 Porosité : ≤ 0.15 1.19 (h/L)0.5 0.12 > 8 (0.38–0.40) > 0.15 0.38 (h/L)-0.1 0.12 Tableau 5.14 Coefficients αR et βR pour le calcul du coefficient de réflexion.

La résolution de la bathymétrie disponible ne permet pas d’identifier la profondeur à laquelle se trouvent les structures existantes, toutefois, en observant le rap- Zone Point Nº Tp (s) port h/L pour différentes profondeurs, compte tenu Libreville 3 11.1 des périodes existantes, indiquées dans le tableau Port Gentil 4 11.1 5.15, on observe que la profondeur à partir de laquelle h/L commence à être plus élevée est supérieure à 20 Gamba 7 10.9 m (cf. figure 5.18). Ce qui nous permet d’assurer que Tableau 5.15. Périodes de pic moyennes. toutes les structures existantes sur les côtes du Gabon se trouvent à une profondeur relative inférieure à 0,15.

Figure 5.18. Abaque pour le calcul de h/L en fonction de h pour les périodes de pic moyennes existant à Libreville, Port Gentil et Gamba. Page 113

En analysant les variables du coefficient de réflexion à partir du coefficient αR :

Dans le cas de B/D>8 ; h/L≤0.15, la variation du coefficient αR divisé par le coefficient αR actuel augmente de manière linéaire avec l’augmentation du niveau moyen adimensionnalisé avec la longueur d’on d e .

Alors que pour B/D<8 ; h/L<0.15 le coefficient αR reste constant.

Dans les deux cas, on peut affirmer que les variations au niveau de la profondeur relative ne supposent pas de grandes variations au niveau de la valeur du coefficient analysé. Comme le coefficient de réflexion Figure 5.19. Variation du coefficient βR en fonction de la est proportionnel au coefficient αR, l’effet des petites variation du niveau moyen et des caractéristiques de la digue variations peut être mésestimé.

Si l’on analyse à présent les variations du coefficient coefficient βR. de réflexion à partir des changements au niveau du coefficient βR, on peut conclure ce qui suit : 5.4.2. Franchissement Le franchissement se définit comme le transport Dans le cas de B/D<8 ; h/L≤0.15, la variation d’une importante quantité d’eau sur la crête d’une adimensionnelle du coefficient βR est égale à la structure. Ce transport peut se produire sous forme variation adimensionnelle du niveau moyen, de sorte d’un débordement de masse d’eau, due à une cote de qu’une augmentation du niveau moyen génère une crête inférieure à l’élévation de la houle, à la chute augmentation de βR. d’une masse d’eau dérivée du flux vertical d’impact contre la digue ou aux éclaboussures d’eau – écume Alors que pour B/D>8 ; h/L<0.15 le coefficient βR entraînée par le vent vers la zone protégée. reste constant. L’eau qui franchit une digue peut provoquer des Dans ce cas, le coefficient de réflexion augmente de problèmes de différents types, tels que : manière potentielle avec βR, par conséquent des petites variations au niveau de ce coefficient peuvent Dommages physiques aux personnes qui se rendent entraîner d’importantes variations au niveau du ou travaillent dans la zone à l’abri. coefficient de réflexion. Dommage par surcharge, inondation ou emportement des édifices, véhicules, bateaux, équipements et En conclusion, l’augmentation du niveau moyen de installations situées dans la zone à l’abri. la mer peut provoquer une augmentation au niveau Dommage économique en raison de la façon dont est de la réflexion des structures, uniquement dans le cas affectée l’opérativité des installations situées à l’abri. des structures verticales non franchissables situées à Provoquer des transmissions de houle non souhaitées. des profondeurs relatives inférieures à 0,15 et pour Défaillances au niveau des superstructures ou des rapports B/D<8, en raison de l’augmentation du structures de la crête et zone intérieure de la digue. Page 114

Dans les zones d’eaux profondes et au grand large, générés par les vagues individuelles. Sur la figure la réalisation d’une digue dont la probabilité de 5.20, extraite de Franco et al. (1994), sont indiquées franchissement serait nulle, conduirait à des différentes plages de valeurs du franchissement conceptions incompatibles avec des considérations moyen tolérable pour différents scénarios de risques d’autre type telles que les aspects esthétiques ou et éléments affectés. économiques. D’autre part, dans certains cas, en particulier sur les digues qui ne disposent pas de Le débit moyen de franchissement, q, est déterminé protection côtière, le franchissement est une variable en mesurant le volume d’eau qui franchit la structure souhaitable, car elle aide au renouvellement de l’eau, par unité de longueur de celle-ci et par unité de alors que d’un autre côté, la baisse de la cote de crête temps. Si dans un intervalle de temps t0, N0 vagues minimise l’effet de l’obstruction visuelle de l’horizon atteignent la structure et que chaque vague produit dans la perspective depuis la côte. En général, le un volume de franchissement Q(HI, Ti), alors le débit franchissement au niveau des structures de protection moyen de franchissement est déterminé au moyen de des côtes ne sera pas souhaitable dans les cas où l’accès l’expression suivante : de personnes et véhicules sur la structure n’est pas restreint, comme c’est le cas des murs de protection l/s/m avec une promenade maritime, ou lorsque le volume

d’eau qui a franchi la structure peut créer des problèmes 1 N0 q Q(H , T ) aux équipements et installations, à la fois en raison de = � ii t0 i1= l’impact de la masse d’eau, et de l’inondation, comme cela peut être le cas des digues de retenue.

Le débit de franchissement tolérable pour une structure déterminée dépendra, par conséquent, des facteurs suivants :

a) Stabilité de la crête et de la face de la structure située en amont-dérive. b) Capacité des systèmes de drainage de la face en amont-dérive. c) Possible dommage causé aux édifices, équipements et installations situés à l’abri de la structure. d) Possible dommage aux personnes. e) Niveau d’opérativité souhaitable pour les installations à l’abri de la digue. f) Transmission de houle souhaitée.

Certains de ces facteurs, par exemple la capacité de drainage, en relation avec la possibilité d’inondation, dépendent du débit moyen de franchissement au cours de périodes de temps élevées, qui dépendent de la surface inondée, alors que d’autres facteurs, par exemple la possibilité d’emportement de véhicules ou de personnes, dépendent des débits instantanés Page 115

Franco et al (1994), ont réalisé une expérience de laboratoire de grande envergure, avec des digues verticales imperméables, auxquelles s’appliquent diverses variantes typologiques.

Comme résultat de l’expérience, Franco et al (1994) proposent l’expression suivante pour le débit moyen de franchissement adimensionnel dans le cas de structures verticales :

q ��Rc Q ==0.2 exp�÷ � b 3 H gHs ��s

Où : Q = franchissement adimensionnel q = débit de franchissement (m3/(ms)) Hs = hauteur de vague significative (m) Rc= franc-bord (m) b= coefficient qui dépend de la typologie de la digue

Le coefficient b est donné en fonction de la Figure 5.20. Débits de franchissement tolérables. Source : Franco et al (1994). typologie analysée (cf. tableau 5.16) :

Le débit moyen de franchissement doit être obtenu au moyen d’essais de laboratoire, avec une Typologie b houle irrégulière ou au moyen de mesures de terrain Verticale imperméable, sans brise-lames 4.3 en utilisant des installations appropriées. Verticale imperméable, avec brise-lames 6.04 Verticale imperméable, avec épaulement en 4.65 Une des possibles conséquences du changement retrait sans brise-lames climatique est l’augmentation du franchissement sur Verticale perforée, sans brise-lames 4.54 l’ouvrage de protection du littoral, ce qui entraînerait Verticale perforée, avec brise-lames 6.59 Verticale imperméable sans brise-lames, avec une diminution de la sécurité fonctionnelle, ainsi 4.26 qu’une possible diminution de la stabilité de la protection en talus structure de l’ouvrage. Les formules empiriques Tableau 5.16. Valeurs du coefficient b pour le calcul de existantes, pour le calcul du franchissement, ont été franchissements sur les structures verticales. obtenues indépendamment pour les digues verticales et pour les digues à talus, par conséquent l’analyse des Aussi bien la hauteur de vague que le franc-bord possibles effets du changement climatique doit être peuvent être modifiés par le changement climatique, réalisée séparément. c’est pourquoi on a obtenu l’expression suivante de Page 116

variation adimensionnelle du franchissement, selon la du franchissement pour des valeurs constantes de méthode des perturbations, dans laquelle le premier l’abscisse, avec un rapport σ/μ = 0,11 et avec une terme représente la variation due à l’augmentation valeur moyenne, Owen (1980), déterminée par la du niveau de la mer (qui implique une réduction du fonction : franc-bord de l’ouvrage) et le second inclut les effets de la variation de la hauteur de vague : q �5 Q = =×8 10 × exp�� b Ru2%� R c / H s 3 ��( ) gHs

�q �� ��Rc 3H�  bb++�÷ q H H 2H ss�� s Où : b= 3,1

R= TH T=� 1.75Irpo r Irpo < 2.5 Où : u2% s ; pour δq = variation du franchissement.

q = franchissement actuel. R= TH T=� 3.5 Irpo > 2.5 u2% s r pour δη = variation du niveau moyen. δHs = variation de la hauteur de vague significative (m). Le run- up qui est dépassé 2 % du temps, Ru2%, dépend de la hauteur de vague significative Hs, du nombre Compte tenu de la plus grande complexité du flux d’Iribarren en eaux profondes Irpo et du coefficient sur les digues à talus, l’information existante sur le de réduction dû à la rugosité du talus qui dépend franchissement au niveau de ces structures est moins du type de revêtement de la digue. Pour les nombres précise que celle qui correspond aux digues verticales. d’Iribarren supérieurs à 2,5, le paramètre Ru2% ne Une première approche du problème est celle réalisée dépend plus du nombre d’Iribarren, de sorte qu’il par De Waal et Van der Meer (1992), qui utilisent dépend seulement de la hauteur de vague significative conjointement des données de sources diverses, et des caractéristiques rugueuses du revêtement de avec différents types de recouvrements sur les talus, la digue. Pour simplifier l’analyse, on considère que pour obtenir le débit moyen de franchissement. Une les nombres d’Iribarren sont supérieurs à 2,5 et en approche plus précise, bien que limitée à une seule remplaçant l’expression du run- up par l’expression typologie de digue, est la proposition faite par Goda (6,102) on obtient : (1985).

3 q gH2 8 10�5 exp b R / H exp 3.5b Le franchissement sur les digues à talus de matériaux =s ××� �cs ��� × �r désagrégés peut être exprimé en fonction de la hausse potentielle (hausse qui se produirait sur une En appliquant la méthode des perturbations au digue non franchissable de mêmes caractéristiques) cas des digues à talus, on obtient une expression et du franc-bord ; De Waal et van der Meer (1992) exactement égale à celle obtenue pour la variation ont utilisé les données d’Owen (1980) relatives aux adimensionnelle du franchissement au niveau des talus lisses, les données de Führböter et al. (1989) digues verticales, en conséquence de la variation du et leur propre base de données pour exprimer le niveau moyen et de la hauteur de vague. L’unique débit moyen de franchissement adimensionnel, , en différence est que dans ce cas, le coefficient b a une fonction de la différence entre la hausse potentielle et valeur de 3,1, alors que pour les digues verticales, les le franc-bord, adimensionnalisée avec la hauteur de valeurs de ce paramètre se situent entre 4,3 et 6,6, en vague significative , où Ru2% se réfère à la hausse fonction des caractéristiques de la digue. Étant donné seulement dépassée par 2 % des vagues de l’état de que ce paramètre est inférieur dans le cas des digues mer. Les auteurs proposent une distribution normale Page 117

à talus, on peut affirmer que la variation du niveau verticales (b=4,3) et les structures à talus (b=3,1) en moyen supposera une plus grande variation au niveau fonction des tendances observées à la fois au niveau du franchissement des digues verticales que des digues de la hauteur de vague qu’au niveau moyen de la mer à talus, avec un effet important dans les deux cas. (2,62 mm/an).

Le tableau suivant montre le calcul de la variation adimensionnelle du franchissement sur les structures

Hs δHs δq/q δq/q Zone Point Nº (m) (mm/an) (b=4.3) (b=3.1) Libreville 3 0.36 1.03 0.070 0.051 Port Gentil 4 0.30 0.95 0.088 0.065 Gamba 7 0.59 1.90 0.047 0.036 Tableau 5.17. Variation adimensionnelle annuelle du débit de franchissement dans le cas de structures verticales et à talus.

On a considéré un franc-bord uniforme et égal à 1 m série complète de franchissements au niveau des di- pour le calcul de l’augmentation du franchissement gues verticales de sorte à observer qu’en appliquant les dans tous les cas. Avec pour résultat une augmenta- mêmes hypothèses de franc-bord égal à 1 m et b=4,3 tion du franchissement compris entre 4 % et 9 % par ; la méthode des perturbations met en évidence des an, qui à l’horizon 2050 se traduit par une augmenta- résultats deux fois supérieurs à ceux obtenus en réa- tion comprise entre 138 % et 342 %. lisant l’analyse des tendances par reconstruction de la série complète de franchissements. Mais dans tous les Pour vérifier le résultat drastique obtenu en appli- cas, ils s’avèrent du même ordre de grandeur. quant la méthode des perturbations, on a reproduit la

Hs δHs δq/q δq/q Zone Point Nº (m) (mm/an) (b=4.3) PERTURBATIONS (b=4.3) SÉRIE COMPLÈTE Libreville 3 0.36 1.03 0.070 0.037 Port Gentil 4 0.30 0.95 0.088 0.046 Gamba 7 0.59 1.90 0.047 0.028 Tableau 5.18. Variation adimensionnelle annuelle du débit de franchissement au niveau de structures verticales.

Par conséquent, on peut s’attendre à une importante Les structures situées à des profondeurs inférieures hausse, jusqu’à hauteur de 342 % au niveau des fran- et/ou avec des francs-bords supérieurs, verront leur chissements d’ici (année 2011) à l’horizon 2050. Tou- franchissement augmenter dans une moindre mesure. tefois, il convient de souligner que cette augmentation correspond à des structures type avec un franc-bord 5.4.3. Taille des pièces qui composent les digues d’1 m sur lesquelles a une incidence la houle calculée On a également observé certaines digues et enroche- aux points objectif situés à quelque 10 m de profon- ments de protection dans les zones d’étude, il est donc deur. intéressant de connaître les effets que le changement climatique peut avoir sur la stabilité de ces éléments. Page 118

À des profondeurs réduites, les plus grandes hauteurs Comme cela est montré sur la figure 6.21, une variation de vague incidentes sur la digue sont délimitées par la du niveau moyen de 5 % suppose une augmentation profondeur, de sorte que la hauteur de vague de calcul du poids des pièces de 15 %. Par conséquent, on ne dépend pas de la hauteur de vague dans des pro- peut s’attendre à ce que la stabilité des enrochements fondeurs indéfinies avec une période de retour donné, présents dans la zone d’étude se voit compromise sous mais elle est plus associée à la hauteur de vague maxi- l’effet du changement climatique, même si, du fait qu’il male qui peut être obtenue sur la digue en fonction de n’est pas possible d’identifier la profondeur exacte à la profondeur maximale. laquelle se situent ses structures, ce phénomène n’a pas pu être évalué quantitativement.

Hhic =� 5.5. RESUME DES RESULTATS ET CONCLUSIONS Par conséquent, s’il se produit une augmentation du niveau moyen de la mer, c’est-à-dire de la profondeur Dans le présent chapitre, nous avons analysé les effets à pied de digue, il se produira la hauteur maximale de du changement climatique sur les plages, estuaires et vague qui peut avoir une incidence sur la digue. En ouvrages côtiers des cinq zones objectif définies dans tenant compte du rapport suivant : le chapitre 1 (cf. figure 1.4).

3 W50=�� · w × gRH × × ic Nous résumons ci-après les effets prévisibles d’ici (année 2011) à l’horizon 2050, en raison de l’incidence Et en remplaçant : du changement climatique sur tous les éléments W= � · � × gR × ×�33 h 50 w morphologiques étudiés. 3 3 W50+� W 50 =��×××� · w gR( h +��) 5.5.1. Pronostic concernant les plages à l’horizon �W50 ���� = 3 �÷ 2050 Wh50 ��

0 .4 Cote d’inondation On peut s’attendre à ce que le changement climatique provoque une augmentation de la cote d’inondation au niveau de tous les points analysés, qui varie entre 0 .3 10 % et 14 % ; l’augmentation nette jusqu’à l’horizon 2050 étant celle montrée sur la figure 5.22. W / 0 .2 Il est également prévu que l’occurrence et la persistance W

� des événements d’inondation augmentent sous l’effet du changement climatique, produisant à l’année fixée 0 .1 comme horizon (2050) entre 2 et 8 événements de plus par an par rapport à ce qui se produit actuellement (cf. figure 5.23), avec une durée totale de jusqu’à 54 heures 0 de plus par an (cf. figure 5.24). Même s’il convient

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 .1 de signaler que concernant 3 des points étudiés, la ��/h tendance à la hausse de l’occurrence des événements s’est avérée être non significative. Figure 5.21. Rapport entre la variation adimensionnelle du poids des pièces et la variation du niveau moyen Page 119

Figure 5.22. Augmentation de la cote d’inondation (m) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 120

Figure 5.23. Augmentation du nombre d’événements d’inondation annuels de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones d’étude. Page 121

Figure 5.24. Augmentation de la durée annuelle (h) des événements d’inondation de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 122

Forme en profil des plages On s’attend à ce que la hausse du niveau moyen de la mer provoque des reculs de jusqu’à 4,5 m à l’horizon 2050, comme montré sur la figure 5.25.

Il convient de souligner que les reculs de la figure 5.25 ont été estimés pour une plage type avec une taille de grain moyen D50=0,2 mm, correspondant à du sable fin, et une hauteur de berme d’1 m. Des hauteurs de berme plus élevées et des tailles de grain plus importantes donneront lieu à des reculs du profil moins importants. De la même manière, dans le cas d’une berme pratiquement inexistante, le recul serait plus important, de l’ordre de 10 m, correspondant aux valeurs habituelles d’1 m de recul pour chaque centimètre de hausse du niveau de la mer.

Les variations au niveau de la profondeur de fermeture de la plage, qui sont fonction de la hauteur de vague significative, se traduisent par des avancées de la plage de jusqu’à 2,4 m à Coco Beach, alors que dans le reste des zones, il se produit des reculs de jusqu’à 13 m à l’horizon 2050 (cf. figure 5.26).

Il convient de signaler qu’en 3 des points de la figure 5.26, la tendance de changement s’est avérée non significative.

Les avancées à Coco-Beach, montrées sur la figure 5.26, sont dues à la tendance décroissante au niveau de la hauteur de vague Hs12 obtenue dans cette zone (cf. chapitre 4), bien que du fait que les points objectif de Coco-Beach se trouvent affectés par le phénomène de la diffraction de la houle, ces tendances doivent être considérées avec précaution, étant donné que le modèle de propagation utilisé dans la présente étude (SWAN) ne reproduit pas correctement la diffraction.

Tout comme le recul en raison de la hausse du niveau moyen de la mer, celui dû à l’augmentation au niveau de la profondeur de fermeture de la plage a été calculé en considérant une taille de grain moyenne D50=0,2 mm. Des tailles de grain supérieures à celle-ci produiront des reculs inférieurs. Page 123

Figure 5.25. Recul du profil de plage (m) en raison de l’augmentation du niveau moyen de la mer de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 124

Figure 5.26. Recul du profil de plage (m) en raison de l’augmentation de la hauteur significative de vague de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 125

Forme en plan de la plage Il convient de souligner que les tendances de recul en La rotation horaire qui devrait se produire au niveau raison de la rotation de la houle à certains points (3, 4 du flux moyen d’énergie de la houle, donne lieu à des et 5 à Coco-Beach et 1, 2 et 3 à Port Gentil) n’ont pas été reculs à l’extrémité nord des plages de jusqu’à 32 m indiquées, car l’on considère que les résultats relatifs pour chaque 1 000 m de longueur totale de plage à à la direction de la houle propagée jusqu’à ces points l’horizon 2050 (cf. figure 5.27). ne sont pas corrects, en raison des limites du modèle de propagation utilisé (SWAN), qui ne reproduit pas À l’extrémité sud des plages, on s’attend à des avancées correctement la diffraction (cf. chapitre 4). de la même valeur que celle des reculs précédemment mentionnés.

Page 126

Figure 5.27. Recul du profil de plage (m) en raison de la rotation du flux moyen d’énergie de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Transport littoral de sédiments en particulier dans la région d’Ogooué-Maritime, En premier lieu, il convient de signaler que le taux ainsi que l’asymétrie de la pointe du delta du fleuve annuel de transport net apparaît fortement sensible à Ogooué au cap López. l’orientation de la côte considérée, au niveau de son calcul, et compte tenu des limites de la cartographie Cette direction du transport vers le nord s’inverse employée, aussi bien les résultats moyens de ces taux aux points situés au nord de Coco-Beach, même que les tendances historiques à long terme qui en si, comme mentionné précédemment, il existe une découlent, doivent être considérées avec précaution, certaine méfiance eu égard à la qualité du calcul de étant donné que leur obtention requiert la réalisation la direction de la houle au niveau de ces points, en d’études de détail qui échappent à la portée du présent raison des limites du modèle de propagation utilisé au projet. moment de reproduire la diffraction.

D’autre part, comme nous l’avons mentionné à de D’un côté, la tendance à la rotation horaire de la houle, nombreuses reprises, les résultats du calcul de la qui implique une réduction de l’obliquité d’incidence direction de la houle aux points objectif affectés par sur la côte, donne lieu à une réduction au niveau la diffraction de la houle doivent être considérés des taux de transport qui se dirige vers le nord, alors avec précaution en raison des limites du modèle de que l’augmentation de la hauteur de vague provoque propagation employé au moment de reproduire cette l’effet contraire, en faisant que les taux de transport diffraction. augmentent avec la hausse de la hauteur de vague. Le résultat final dépend de l’équilibre relatif entre Malgré ces limites concernant l’analyse du transport ces deux facteurs, qui est lui-même étroitement lié à de sédiments, les conclusions suivantes ont pu être l’orientation de la côte considérée, qui comme nous tirées : l’avons précédemment expliqué, a été évalué avec certaines limites. Les calculs réalisés indiquent l’existence d’un transport net de sédiments vers le nord dans la quasi- Ainsi, les tendances obtenues dans le cas du Gabon totalité du littoral du Gabon, comme le confirment les offrent une grande disparité de résultats (cf. figure nombreuses pointes présentes le long de toute la côte, 5.28), avec une alternance de points auxquels sont Page 127

détectés des taux positifs, négatifs et également non catégoriquement cette affirmation, il serait nécessaire significatifs. Bien qu’en général on puisse affirmer d’effectuer des études plus détaillées dans chaque zone, que la tendance qui prédomine est l’augmentation ce qui échappe à la portée du présent travail. du transport littoral net, même si pour confirmer

Figure 5.28. Aug- mentation du taux de transport littoral net (%) de nos jours (2011) à l’horizon 2050 dans les zones objectif.

Page 128

5.5.2.Pronostic concernant les estuaires à l’horizon scénarios de concentration de sédiments dans le fleuve 2050 Ogooué), on prévoit une augmentation du prisme de En ce qui concerne les estuaires présents dans les marée de l’estuaire. zones d’étude, le manque de disponibilité des données relatives aux débits a seulement permis d’étudier le cas La méconnaissance de la véritable surface totale de la de l’estuaire du fleuve Ogooué. baie et des hauts-fonds découvrants, ne permet pas d’évaluer quantitativement la croissance du prisme À partir d’un scénario d’augmentation de 5% de la de marée, même si l’on peut affirmer qu’il se produira précipitation en 2050, et en considérant, sur la base des une augmentation de celui-ci d’ici (année 2011) à informations scientifiques existantes, trois scénarios l’horizon 2050. de concentration de sédiments dans le lit, on a pu estimer l’apport de débits solides du fleuve Ogooué, Des abaques ont été élaborés, qui mettent en corrélation de nos jours à l’horizon 2050. la croissance du volume au niveau du prisme de marée, avec la variation maximale de la surface de la Sur la base des tendances de hausse du niveau moyen section d’équilibre de l’entrée de l’embouchure, et de la de la mer de 2,62 mm/an, et de l’augmentation de variation du volume du haut-fond à l’embouchure (cf. l’apport fluvial de sédiments à l’estuaire, on a établi figures 5.29 et 5.30). qu’à partir d’une surface totale de la baie de 97,6 km2 (la plus grande des surfaces calculées d’après les 3

Figure 5.29. Variation adimensionnelle de la surface de la Figure 5.30. Variation adimensionnelle du volume d’équilibre section d’équilibre en fonction de la variation du prisme de du haut-fond à l’embouchure en fonction de la variation du marée. prisme de marée. Page 129

5.5.3. Pronostic concernant les ouvrages côtiers à Franchissement l’horizon 2050 L’analyse du franchissement a été réalisée pour des Enfin, on a évalué les effets du changement climatique structures type avec 1 m de franc-bord. Les conclusions sur les ouvrages maritimes, en prenant en compte à la tirées de cette analyse peuvent être résumées ainsi : fois leur fonctionnalité (réflexion et franchissement) et leur stabilité (poids des pièces). En ce qui concerne le franchissement au niveau de ces structures par la méthode des perturbations, Réflexion on a estimé qu’à l’horizon 2050, il se produira une La valeur du coefficient de réflexion peut être obtenue augmentation du volume de franchissement compris conformément à l’expression suivante : entre 184 % et 342 % pour les structures verticales et BH�R entre 138 % et 251 % pour les structures à talus. C ��; pour 0.01 RR=� �÷ > ��DL Compte tenu du fait que ces résultats sont élevés dans le cas des digues verticales, on a reconstruit la Où B est la largeur de la digue et D le diamètre série complète de franchissements afin de calculer équivalent des pièces. H est la hauteur de la vague les tendances de ceux-ci au moyen d’un modèle incidente et L sa longueur d’onde. de régression linéaire. La hausse au niveau des franchissements obtenue de cette façon s’avère du L’augmentation du niveau moyen de la mer peut même ordre de grandeur que celle obtenue par la provoquer une augmentation au niveau de la méthode des perturbations, ce qui confirme les réflexion des structures uniquement dans le cas des résultats obtenus. structures verticales non franchissables, situées dans des profondeurs relatives inférieures à 0.15 pour Toutefois, il convient de signaler que cette hausse des rapports B/D<8, en raison de l’augmentation du correspond à des structures type avec un franc- coefficient βR, comme indiqué sur la figure 5.31. bord d’1 m sur lesquelles a une incidence la houle calculée aux points objectif situés à environ 10 m de 0.5 Escollera sin clasificar B/D<8; h/L�0.15 profondeur. 0.4 Les structures situées à une profondeur inférieure et/ ou avec des francs-bords supérieurs, seront marquées 0.3 par une augmentation du franchissement dans une db R moindre mesure. bR 0.2 Stabilité Pour évaluer l’effet du changement climatique sur la 0.1 stabilité des digues, et en l’absence de connaissances concernant les caractéristiques de celles-ci, on a créé 0 un abaque qui met en rapport l’augmentation du 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 poids des pièces (W) en fonction de l’augmentation dh du niveau moyen de la mer (Δη) et la profondeur à laquelle se situent les structures (h), comme indiqué h sur la figure 5.32. Figure 5.31. Variation du coefficient βR en fonction de la variation du niveau moyen et des caractéristiques de la digue Page 130

0 .4 la côte est menée au niveau local dans cinq zones objectif (Coco Beach, Libreville, Port Gentil, Gamba et Mayoumba).

0 .3 W / 0 .2 W �

0 .1

0

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 .1 ��/h Figure 5.32. Rapport entre la variation adimensionnelle du poids des pièces et la variation du niveau moyen.

6. CONCLUSIONS

6.1. INTRODUCTION

Le changement climatique peut provoquer des changements au niveau du climat maritime, qui à son tour a une incidence sur les changements à la fois au niveau des dynamiques côtières et des caractéristiques des éléments morphologiques de la côte.

D’où le double objectif du présent travail, qui répond à deux niveaux d’étude avec deux échelles spatiales différentes :

1. L’étude du climat maritime et l’influence du changement climatique sur celui-ci. Elle est menée au niveau régional, en le caractérisant dans chacune des 3 grandes régions qui composent le littoral Figure 6.1. Localisation des 3 grandes régions (bleu) et des 5 gabonais. zones objectif (rouge) sur la géographie physique de la côte gabonaise. Source : MOMBO J. B., 2004. 2. L’étude des effets du changement climatique sur les dynamiques et les éléments morphologiques de Page 131

À titre de résumé figure ci-après une ébauche de la à long terme des variables géophysiques d’intérêt structure de la méthodologie suivie, qui coïncide établies conformément à ce qui a été indiqué dans le sensiblement avec la structure du document rédigé : paragraphe précédent. Pour cela, on a utilisé la méthode connue sous le nom de méthode des perturbations, 1. Après avoir effectué une préanalyse et une sélection en analysant les effets sur divers éléments des plages, des variables géophysiques les plus pertinentes pour estuaires et ouvrages maritimes présents dans les cinq l’étude du changement climatique et des effets de celui- zones objectif du littoral du Gabon. ci sur la côte, on analyse la disponibilité des données de départ et on présente la liste et la description des Dans le cas des plages, les éléments suivants seront bases de données existantes. étudiés

2. Pour la détermination de l’influence du changement Cote d’inondation climatique sur le climat maritime, on a réalisé l’étude Forme en profil des tendances à long terme des variables climatiques Forme en plan au niveau régional dans des profondeurs indéfinies Transport de sédiments (niveau de la mer, houle et vents en 2 points pour chacune des 3 principales régions du Gabon), et pour Pour les estuaires, les éléments suivants seront cela, on a préalablement effectué une description du analysés climat maritime existant ; en incluant dans cette étude l’influence des indices ou indicateurs climatiques Régime hydrologique existants dans l’état de connaissance actuel. La Prisme de marée détermination des tendances à long terme est effectuée Embouchure au moyen d’un modèle de régression qui inclut les Haut-fond formé à l’embouchure effets de la variabilité saisonnière sur les variables mensuelles, et au moyen d’un modèle de régression Pour les ouvrages maritimes linéaire dans le cas des variables annuelles. Réflexion 3. L’estimation des effets de ces changements sur le Franchissement littoral gabonais requiert de transférer les données Taille des pièces disponibles dans des profondeurs indéfinies, jusqu’à la côte. Pour cela, on a effectué la propagation des Les effets du changement climatique aussi bien sur séries historiques de houle jusqu’à environ 10 m de le climat maritime dans des profondeurs indéfinies profondeur le long de 7 ou 8 points dans chacune et réduites que sur les éléments morphologiques et des cinq zones objectif (Coco Beach, Libreville, Port dynamiques étudiés sur la côte, ont été estimés pour Gentil, Gamba et Mayoumba) ; pour ensuite, à partir une année horizon fixée à 2050. des résultats de cette propagation, pouvoir réaliser l’étude au niveau local sur la côte des tendances à Dans le présent chapitre sont résumés les résultats long terme des variables géophysiques qui ont une et conclusions obtenues tout au long de la présente incidence sur les différents éléments morphologiques étude. présents sur la côte.

4. Enfin, on réalise l’étude des effets du changement climatique sur la côte au niveau local dans les cinq zones objectif et sur la base des tendances historiques Page 132

6.2. EFFETS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LE La houle existante s’avère plutôt uniforme, aussi bien CLIMAT MARITIME (OFF-SHORE) du point de vue spatial que temporel, du fait que les côtes du Gabon se situent dans la zone connue comme Ci-après sont résumées les conclusions tirées du « swell pool » atlantique, qui est une région fortement premier niveau d’étude menée (niveau régional) dominée par les houles de type swell en provenance pour la caractérisation du climat maritime et la du sud. détermination des effets du changement climatique sur celui-ci. On a observé une certaine variabilité saisonnière au niveau de la magnitude de la hauteur de vague de l’ordre 6.2.1. Description du climat maritime dans des de 0,5 m en termes de hauteur de vague moyenne profondeurs indéfinies mensuelle. Alors que la variabilité saisonnière de En premier lieu sont résumées les caractéristiques la direction de la houle est inférieure à 5º en termes du climat maritime existant dans des profondeurs de variabilité de la direction du flux moyen mensuel indéfinies (off-shore) face aux côtes du Gabon : d’énergie de la houle.

Houle : le climat maritime dans des profondeurs La variabilité saisonnière du vent est évidente en ce qui indéfinies face aux côtes du Gabon se caractérise par concerne son intensité, avec une variation saisonnière une prédominance de houles de type swell, provenant de plus d’1 m/s en termes de vents moyens. Toutefois, pratiquement en totalité du SSW, et une période de la variation saisonnière dans la direction moyenne du pic prédominante de quelque 10-12 s. La hauteur vent ne dépasse pas les 2º-3º, bien que l’on observe significative de vague moyenne se situe aux alentours qu’au cours des mois d’été, la dispersion directionnelle des 1-1,2 m, alors que la hauteur de vague avec une du vent diminue notablement par rapport au reste de période de retour de 50 ans avoisine les 3 m. l’année.

Vent : le vent régnant provient en général du troisième En ce qui concerne l’influence de schémas climatiques quadrant, avec des vitesses moyennes comprises entre connus sur le climat maritime, on a pu observer 3 et 4 m/s et des vitesses maximales comprises entre des corrélations significatives entre ceux-ci et les 9 et 10 m/s. indices AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation), NTA (North Tropical Atlantic SST Index), et TNA Niveau de la mer : la marée météorologique se déplace (Tropical Northern Atlantic index), qui expliquent selon un ordre de grandeur de 10 cm, alors que la dans une large mesure des fluctuations de période course de la marée astronomique est de l’ordre de 2 m. relativement courte au niveau des variables étudiées, et ce qui a permis de rejeter l’hypothèse d’influence 6.2.2. Étude de la variabilité du climat maritime sur les tendances à long terme : Afin d’identifier correctement les tendances à long terme des variables qui caractérisent le climat Il ressort une grande influence desdits schémas maritime, on a effectué l’analyse de la variabilité climatiques sur les fluctuations saisonnières du niveau de celui-ci, qui inclut à la fois lesdites tendances à moyen de la mer, qui permettent d’expliquer des long terme et les variations saisonnières propres de variations comprises entre -29,8 et 41,72 mm. l’intercalation des périodes hiver-été et les variations dues à l’influence de schémas climatiques connus. En ce qui concerne les conclusions de l’étude de Les indices climatiques n’expliquent qu’environ 4 % de la variabilité saisonnière réalisée, les conclusions la variation totale de la marée météorologique. suivantes ont été tirées : Page 133

En ce qui concerne la houle, on n’a pas observé En ce qui concerne la marée météorologique, la d’influence des indices climatiques sur la direction de tendance à long terme indique une diminution celle-ci, même si ces indices expliquent des variations d’environ -0,14 mm/an, aussi bien dans le cas des au niveau de la hauteur de vague d’environ la moitié marées moyennes que des marées extrêmes, ce qui de la variation saisonnière observée. implique une réduction d’environ 5 % d’ici à l’horizon 2050, qui en termes absolus correspond à une Dans le cas du vent, les variations saisonnières et diminution de quelque 5,5 mm. celles dues aux schémas climatiques sont similaires, aussi bien en termes de direction que de magnitude. En ce qui concerne les changements prévus au niveau de la houle, on a observé des tendances significatives 6.2.3. Effets du changement climatique sur le à long terme, de hausse des hauteurs de vague, aussi climat maritime bien moyennes qu’extrêmes, ainsi qu’une tendance à Après avoir analysé toutes les causes de la variabilité la rotation horaire de la houle incidente. du climat maritime, en ce qui concerne l’analyse historique de la tendance à long terme, les conclusions Aussi bien dans le cas des hauteurs de vague moyennes suivantes ont été tirées : qu’extrêmes, l’augmentation de nos jours à l’horizon 2050 est de l’ordre de 4 % (cf. figures 6.2 et 6.3). Une tendance à la hausse du niveau de la mer de 2,62 mm/an a été obtenue, ce qui implique que d’ici à l’horizon 2050, on prévoit une augmentation du niveau moyen de la mer de quelque 10,2 cm.

Figure 6.2. Augmentation de la hauteur de vague Figure 6.3. Augmentation du quantile de 95 % moyenne mensuelle, Hsm, (%) de nos jours à de la hauteur de vague, H95%, (%) de nos jours l’horizon 2050. à l’horizon 2050).

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En ce qui concerne la rotation du flux moyen d’énergie, on peut s’attendre, de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, à une rotation comprise entre 1º et 2º dans le sens horaire, maximale face à cap López, et qui diminue aussi bien vers le nord que vers le sud dudit cap (cf. figure 6.4).

De la même manière, on a observé une tendance à l’augmentation du nombre et de la durée des tempêtes. À l’horizon 2050, on s’attend à ce que se produisent jusqu’à 3 tempêtes de plus par an et de jusqu’à 7 jours de plus en termes de durée annuelle des tempêtes (cf. figures 6.5 et 6.6). Figura 6.4. Variation au niveau de la direction du flux moyen, θFE, (º) de nos jours à l’horizon 2050. Rotation horaire positive.

Figura 6.5. Variation au niveau du nombre annuel Figura 6.6. Variation au niveau de la durée annuelle de tempêtes de nos jours à l’horizon 2050. des tempêtes (h) de nos jours à l’horizon 2050.

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En ce qui concerne le vent, on a observé des tendances figures 6.8 et 6.9), ainsi qu’une tendance à la rotation significatives de diminution aussi bien au niveau de antihoraire de 3,7º d’ici à l’horizon 2050 au point le la magnitude des vents moyens (cf. figure 6.7) que de plus méridional des 3 points étudiés. l’occurrence et de la durée des tempêtes de vent (cf.

Figure 6.7. Variation au niveau de la vitesse du vent, Vw, (m/s) de nos jours à l’horizon 2050.

Figure 6.8. Variation au niveau du nombre Figure 6.9. Variation au niveau de la durée annuel de tempêtes de vent de nos jours à annuelle des tempêtes de vent (h) de nos jours l’horizon 2050. à l’horizon 2050.

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En définitive, les effets du changement climatique Une fois connues les valeurs des paramètres spectraux sur le climat maritime face aux côtes du Gabon (off- des 200 états de mer sélectionnés, propagés jusqu’à 7 ou shore) se résument à une augmentation de l’intensité 8 points objectif situés à quelque 10 m de profondeur des houles incidentes, aussi bien en raison de la hausse dans chacune des zones objectif désignées (Coco- de la hauteur de vague que de la rotation horaire dans Beach, Libreville Port Gentil, Gamba et Mayoumba), la direction d’incidence de la houle. on a reconstruit la série complète de 63 ans (≈550 000 états de mer) au moyen de la technique d’interpolation Cette augmentation de l’intensité des houles dans la RBF. zone d’étude, lesquelles sont fondamentalement de type swell et qui par conséquent ont été générées loin De cette manière, on a obtenu les séries horaires des des côtes du Gabon, contraste avec l’adoucissement paramètres de la houle suivants, de 1948 à 2011 à tous des conditions atmosphériques locales, ce qui se les points objectif : manifeste par une diminution aussi bien de l’intensité des vents que de la marée météorologique. • Hauteur de vague significative, Hs • Période moyenne, Tm Enfin, il convient de souligner la détection d’une hausse • Période de pic, Tp du niveau moyen de la mer de 2,62 mm/an, qui est d’un • Direction moyenne de propagation, Dir ordre de grandeur plus grand que la diminution prévue pour la marée météorologique et qui par conséquent sera un élément particulièrement pertinent lors de la détermination des effets du changement climatique sur la côte dans des profondeurs réduites.

6.3. PROPAGATION DE LA HOULE DES EAUX PROFONDES VERS LA COTE

Afin de déterminer les effets du changement climatique sur la côte, dans des profondeurs réduites, il est nécessaire de transférer les données disponibles relatives à la houle dans des profondeurs indéfinies, jusqu’aux points objectif proches de la côte.

Pour cela, on a sélectionné un total de 200 états de mer parmi les plus de 550 000 de la série complète de 63 ans, au moyen de l’algorithme de sélection Max-Diss, qui ont été propagés au moyen du modèle SWAN, et qui en plus de résoudre de manière appropriée les processus de transformation de la houle en eaux peu profondes, à condition que le déferlement et la diffraction ne soient pas dominants, prennent en compte le transfert énergétique de la houle par divers processus, y compris le vent.

Figure 6.10. Domaine de calcul de la propagation. Page 137

À partir des résultats des variables relatives à la houle d’obtenir la direction correcte de la houle sont les aux points objectif sur la côte, on a effectué l’analyse points 3, 4 et 5 de la zone de Coco-Beach et 1, 2 et 3 de des tendances à long terme des variables suivantes, au la zone de Port Gentil. moyen d’un modèle de régression linéaire : Si l’on considère un scénario dans lequel les tendances • Hrms : hauteur quadratique moyenne historiques à long terme aux points objectif demeurent constantes, les changements auxquels on • Hs12 : hauteur de vague significative peut s’attendre d’ici (année 2011) à l’horizon 2050 au seulement dépassée par 12 vagues par an niveau des variables d’intérêt, sont indiqués sur les figures 6.11 à 6.13, au vu desquelles on peut tirer les • θFE : direction du flux moyen d’énergie conclusions suivantes : de la houle Au niveau des hauteurs de vague moyennes (Hrms), Pour les points localisés à l’abri de caps, d’îles ou tout on observe une hausse comprise entre 10 % et 13 autre incident géographique ou ouvrage artificiel qui %, uniforme dans toutes les zones objectif étudiées, provoque la diffraction de la houle, le modèle utilisé à l’exception de Coco-Beach, où l’on a obtenu des (SWAN) ne reproduit pas correctement la propagation variations de moindre magnitude (5 %), au niveau de la houle, et cette carence du modèle a en particulier des deux points les plus septentrionaux (localisés face une incidence sur la direction de la houle calculée. aux côtes de la Guinée équatoriale) et au niveau du point le plus méridional de la zone, jusqu’à obtenir un C’est pourquoi pour ces points, les données de direction résultat négatif (-15 %) pour le reste des points (cf. du flux moyen de la houle ne sont pas présentées. De figure 6.11). plus, lors de futurs calculs, les résultats provenant de la combinaison de la direction de la houle avec d’autres De manière générale, on a observé une augmentation variables ne seront pas donés. de l’ordre du double de l’augmentation calculée pour les hauteurs de vague moyennes dans des profondeurs Les localisations pour lesquelles il n’a pas été possible indéfinies, avec un résultat de l’ordre de 4 %.

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Figure 6.11. Aumentation au niveau de la Hrms (%) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif.

Les hauteurs de vague extrêmes (Hs12) présentent une % ; enfin dans les zones de Gamba et Mayoumba, la plus grande variabilité géographique au niveau des hausse est un peu inférieure, située entre 4 % et 5 % changements auxquels on peut s’attendre à l’horizon (cf. figure 6.12). 2050, par rapport aux hauteurs moyennes. Ainsi, dans la zone de Coco-Beach, on observe une tendance En général, l’augmentation de la hauteur des vagues inférieure aux autres zones, et même négative, entre 4 extrêmes est similaire à celle calculée dans des % et -12 % ; dans les zones de Libreville et Port Gentil, profondeurs indéfinies, avec un résultat de 4 % pour la tendance est à la hausse, comprise entre 5 % et 8 la valeur H95%. Page 139

Figure 6.12. Augmentation au niveau de la Hs12 (%) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif. Page 140

Les changements prévus au niveau de la direction Les limites mentionnées du modèle de propagation, du flux moyen d’énergie de la houle s’avèrent très qui ne reproduit pas correctement la diffraction, ont uniformes, entre 1º et 2,5º, tout au long de la côte dans moins d’importance d’un point de vue énergétique les cinq zones d’étude, à l’exception de la pointe de cap qu’en ce qui concerne les résultats des directions López, où l’on observe une rotation d’environ 3,5º (cf. qu’il fournit. Par conséquent, les hauteurs de vague figure 6.13). calculées ont été acceptées comme valides en tous points, y compris ceux affectés par la diffraction. La direction de la houle au niveau des points où Toutefois, au vu des résultats anomaux dans la zone de la houle arrive diffractée n’a pas pu être calculée en Coco-Beach, pour lesquels les tendances concernant raison des limites du modèle de propagation utilisé les hauteurs de vague sont inférieures au reste des (SWAN). Cela implique qu’au niveau des points zones de détail étudiées, ainsi que dans les profondeurs 3, 4 et 5 de Coco-Beach et 1, 2 et 3 de Port Gentil, indéfinies, y compris négatives, il est recommandé de aucune prévision de rotation n’a été montrée, non considérer ces résultats avec prudence. pas parce que les tendances de changement ne sont pas significatives, mais parce qu’il n’a pas été possible d’effectuer le calcul de ces tendances.

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Figure 6.13. Variation au niveau de la direction du flux moyen d’énergie de la houle (º) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050, dans les 5 zones objectif. Rotation horaire positive.

6.4.CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LA COTE ce qui se produit actuellement (cf. figure 6.15), avec une durée totale de jusqu’à 54 heures de plus par an On procède ci-après à l’analyse de l’effet du (cf. figure 6.16). Même s’il convient de signaler que changement climatique sur la côte dans les cinq zones concernant 3 des points étudiés, la tendance à la objectif (Coco Beach, Libreville, Port Gentil, Gamba hausse de l’occurrence des événements s’est avérée être et Mayoumba), après avoir étudié le climat maritime non significative. en eaux profondes et les caractéristiques de la houle propagée jusqu’aux cinq zones objectif mentionnées, et après avoir analysé comment le changement climatique affecte ces deux paramètres, au travers des tendances historiques à long terme de diverses variables.

6.4.1. Pronostic concernant les plages à l’horizon 2050

Cote d’inondation On peut s’attendre à ce que le changement climatique provoque une augmentation de la cote d’inondation à tous les points analysés, qui varie entre 10 % et 14 %, l’augmentation nette jusqu’à l’horizon 2050 étant celle montrée sur la figure 6.14.

On prévoit également une augmentation de l’occurrence et de la persistance des événements d’inondation sous l’effet du changement climatique, produisant à l’année fixée comme horizon (2050) entre 2 et 8 événements de plus par an par rapport à Page 142

Figure 6.14. Augmentation de la cote d’inondation (m) de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 143

Figure 6.15. Augmentation du nombre d’événements d’inondation annuels de nos jours (année 2011) A l’horizon 2050 dans les 5 zones d’étude. Page 144

Figure 6.16. Augmentation de la durée annuelle (h) des événements d’inondation de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 145

Forme en profil des plages On s’attend à ce que la hausse du niveau moyen de la mer provoque des reculs de jusqu’à 4,5 m à l’horizon 2050, comme montré sur la figure 6.17.

Il convient de souligner que les reculs de la figure 6.17 ont été estimés pour une plage type avec une taille de grain moyen D50=0,2 mm, correspondant à du sable fin, et une hauteur de berme d’1 m. Des hauteurs de berme plus élevées et des tailles de grain plus importantes donneront lieu à des reculs du profil moins importants. De la même manière, dans le cas d’une berme pratiquement inexistante, le recul serait plus important, de l’ordre de 10 m, correspondant aux valeurs habituelles d’1 m de recul pour chaque centimètre de hausse du niveau de la mer.

Les variations au niveau de la profondeur de fermeture de la plage, qui sont fonction de la hauteur de vague significative, se traduisent par des avancées de la plage de jusqu’à 2,4 m à Coco Beach, alors que dans le reste des zones, il se produit des reculs de jusqu’à 13 m à l’horizon 2050 (cf. figure 6.18). Il convient de signaler qu’en 3 des points de la figure 6.18, la tendance de changement s’est avérée non significative.

Les avancées à Coco-Beach, montrées sur la figure 6.18, sont dues à la tendance décroissante au niveau de la hauteur de vague Hs12 obtenue dans cette zone (cf. chapitre 4), bien que du fait que les points objectif de Coco-Beach se trouvent affectés par le phénomène de la diffraction de la houle, ces tendances doivent être considérées avec précaution, étant donné que le modèle de propagation utilisé dans la présente étude (SWAN) ne reproduit pas correctement la diffraction.

Tout comme le recul en raison de la hausse du niveau moyen de la mer, celui dû à l’augmentation au niveau de la profondeur de fermeture de la plage a été calculé en considérant une taille de grain moyenne D50=0,2 mm. Des tailles de grain supérieures à celle-ci produiront des reculs inférieurs. Page 146

Figure 6.17. Recul du profil de plage (m) en raison de l’augmentation du niveau moyen de la mer de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 147

Figure 6.18. Recul du profil de plage (m) en raison de l’augmentation de la hauteur significative de vague de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif. Page 148

Forme en plan de la plage mentionnés. La rotation horaire qui devrait se produire au niveau Il convient de souligner que les tendances de recul en du flux moyen d’énergie de la houle, donne lieu à des raison de la rotation de la houle à certains points (3, 4 reculs à l’extrémité nord des plages de jusqu’à 32 m et 5 à Coco-Beach et 1, 2 et 3 à Port Gentil) n’ont pas été pour chaque 1 000 m de longueur totale de plage à indiquées, car l’on considère que les résultats relatifs l’horizon 2050 (cf. figure 6.19). à la direction de la houle propagée jusqu’à ces points ne sont pas corrects, en raison des limites du modèle À l’extrémité sud des plages, on s’attend à des avancées de propagation utilisé (SWAN), qui ne reproduit pas de la même valeur que celle des reculs précédemment correctement la diffraction.

Page 149

Figure 6.19. Recul du profil de plage (m) en raison de la rotation du flux moyen d’énergie de nos jours (année 2011) à l’horizon 2050 dans les 5 zones objectif.

Transport littoral de sédiments Les calculs réalisés indiquent l’existence d’un En premier lieu, il convient de signaler que le taux transport net de sédiments vers le nord dans la quasi- annuel de transport net apparaît fortement sensible à totalité du littoral du Gabon, comme le confirment les l’orientation de la côte considérée, au niveau de son nombreuses pointes présentes le long de toute la côte, calcul, et compte tenu des limites de la cartographie en particulier dans la région d’Ogooué-Maritime, employée, aussi bien les résultats moyens de ces taux ainsi que l’asymétrie de la pointe du delta du fleuve que les tendances historiques à long terme qui en Ogooué au cap López. découlent, doivent être considérées avec précaution, étant donné que leur obtention requiert la réalisation Cette direction du transport vers le nord s’inverse aux d’études de détail qui échappent à la portée du présent points situés au nord de Coco-Beach, même si, comme projet. nous l’avons mentionné précédemment, il existe une certaine méfiance eu égard à la qualité du calcul de D’autre part, comme nous l’avons mentionné à de la direction de la houle au niveau de ces points, en nombreuses reprises, les résultats du calcul de la raison des limites du modèle de propagation utilisé au direction de la houle aux points objectif affectés par moment de reproduire la diffraction. la diffraction de la houle doivent être considérés avec précaution en raison des limites du modèle de D’un côté, la tendance à la rotation horaire de la houle, propagation employé au moment de reproduire cette qui implique une réduction de l’obliquité d’incidence diffraction. sur la côte, donne lieu à une réduction au niveau des taux de transport qui se dirige vers le nord, alors Malgré ces limites concernant l’analyse du transport que l’augmentation de la hauteur de vague provoque de sédiments, les conclusions suivantes ont pu être l’effet contraire, en faisant que les taux de transport tirées : augmentent avec la hausse de la hauteur de vague. Le résultat final dépend de l’équilibre relatif entre ces deux facteurs, qui est lui-même étroitement lié à Page 150

l’orientation de la côte considérée, et qui, comme nous détectés des taux positifs, négatifs et également non l’avons précédemment expliqué, a été évalué avec significatifs. Bien qu’en général on peut affirmer certaines limites. que la tendance qui prédomine est l’augmentation du transport littoral net, même si pour confirmer Ainsi, les tendances obtenues dans le cas du Gabon catégoriquement cette affirmation, il serait nécessaire offrent une grande disparité de résultats (cf. figure d’effectuer des études plus détaillées dans chaque zone, 6.20), avec une alternance de points auxquels sont ce qui échappe à la portée du présent travail.

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Figure 6.20. Augmentation du taux de transport littoral net (%) de nos jours (2011) à l’horizon 2050 dans les zones objectif.

6.4.2.Pronostic concernant les estuaires à l’horizon 2050. 2050 En ce qui concerne les estuaires présents dans les Des abaques ont été élaborés, qui mettent en corrélation zones d’étude, la faible disponibilité des données la croissance du volume au niveau du prisme de relatives aux débits a seulement permis d’étudier le cas marée, avec la variation maximale de la surface de la de l’estuaire du fleuve Ogooué. section d’équilibre de l’entrée de l’embouchure, et de la variation du volume du haut-fond à l’embouchure (cf. À partir d’un scénario d’augmentation de 5 % de la figures 6.21 et 6.22). précipitation en 2050, et en considérant, sur la base des informations scientifiques existantes, trois scénarios de concentration de sédiments dans le lit, on a pu estimer l’apport de débits solides du fleuve Ogooué, de nos jours à l’horizon 2050.

Sur la base des tendances de hausse du niveau moyen de la mer de 2,62 mm/an, et de l’augmentation de l’apport fluvial de sédiments à l’estuaire, on a établi qu’à partir d’une surface totale de la baie de 97,6 km2 (la plus grande des surfaces calculées d’après les 3 scénarios de concentration de sédiments dans le fleuve Ogooué), on prévoit une augmentation du prisme de marée de l’estuaire.

La méconnaissance de la véritable surface totale de la baie et des méplats de marée, ne permet pas d’évaluer quantitativement la croissance du prisme de marée, Figure 6.21. Variation adimensionnelle de la surface de la même si l’on peut affirmer qu’il se produira une section d’équilibre en fonction de la variation du prisme de augmentation de celui-ci d’ici (année 2011) à l’horizon marée. Page 152

0.5 Escollera sin clasificar B/D<8; h/L�0.15 0.4

0.3

db R

bR 0.2

0.1

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Figure 6.22. Variation adimensionnelle du volume d’équilibre dh du haut-fond à l’embouchure en fonction de la variation du h prisme de marée. Figure 6.23. Variation du coefficient βR en fonction de la Enfin, on a évalué les effets du changement climatique variation du niveau moyen et des caractéristiques de la digue sur les ouvrages maritimes, en prenant en compte à la fois leur fonctionnalité (réflexion et franchissement) Franchissement et leur stabilité (poids des pièces). L’analyse du franchissement a été réalisée pour des structures type avec 1 m de franc-bord. Les conclusions Réflexion tirées de cette analyse peuvent être résumées ainsi : La valeur du coefficient de réflexion peut être obtenue conformément à l’expression suivante : En ce qui concerne le franchissement au niveau de ces structures par la méthode des perturbations, BH�R on a estimé qu’à l’horizon 2050, il se produira une C ��; pour 0.01 RR=� �÷ > augmentation du volume de franchissement compris ��DL entre 184 % et 342 % pour les structures verticales et entre 138 % et 251 % pour les structures à talus. Où B est la largeur de la digue et D le diamètre équivalent des pièces. H est la hauteur de la vague Compte tenu du fait que ces résultats sont élevés incidente et L sa longueur d’onde. dans le cas des digues verticales, on a reconstruit la série complète de franchissements afin de calculer L’augmentation du niveau moyen de la mer peut les tendances de ceux-ci au moyen d’un modèle provoquer une augmentation au niveau de la de régression linéaire. La hausse au niveau des réflexion des structures uniquement dans le cas des franchissements obtenue de cette façon s’avère du structures verticales non franchissables, situées dans même ordre de grandeur que celle obtenue par la des profondeurs relatives inférieures à 0.15 pour méthode des perturbations, ce qui confirme les des rapports B/D<8, en raison de l’augmentation du résultats obtenus. coefficient βR, comme indiqué sur la figure 6.23. Toutefois, il convient de signaler que cette hausse Page 153

correspond à des structures type avec un franc-bord d’1 m sur lesquelles a une incidence la houle calculée aux points objectif qui se trouvent situés à environ 10 m de profondeur.

Les structures situées à une profondeur inférieure et/ ou avec des francs-bords supérieurs, seront marquées par une augmentation du franchissement dans une moindre mesure.

Stabilité Pour évaluer l’effet du changement climatique sur la stabilité des digues, et en l’absence de connaissances concernant les caractéristiques de celles-ci, on a créé un abaque qui met en rapport l’augmentation du poids des pièces (W) en fonction de l’augmentation du niveau moyen de la mer (Δη) et la profondeur à laquelle se situent les structures (h), comme indiqué sur la figure 6.24.

0 .4

0 .3 W / 0 .2 W �

0 .1

0

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 .1 ��/h Figure 6.24. Rapport entre la variation adimensionnelle du poids des pièces et la variation du niveau moyen.