FG_RivagesNormands2100_COCM

Un programme de recherche piloté par l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes et la DREAL Normandie

Impact du changement climatique sur l'évolution de 2030 à 2100 des risques hydrogéologiques le long des côtes basses de Normandie Scénarisation des impacts socio-économiques

Alexandre Gauvain, Luc Aquilina et Jean-Raynald de Dreuzy, OSUR Frédéric Gresselin, DREAL

1. Les aléas hydrogéologiques littoraux
2. Le partenariat, le budget et la clef de financement du programme, son état d'avancement
3. La modélisation hydrogéologique : premiers résultats
4. Les prochaines étapes

Les écoulements fluviaux et souterrains sont contraints par la mer dans les zones basses du littoral

Normandie

France métropolitaine

Territoires situés sous le niveau marin centennal en Normandie

Les nappes d'eau souterraine littorales se rechargent rapidement et se vidangent lentement. En cas de recharge importante, le réservoir aquifère peut déborder ce qui génère des inondations

Pirou (Manche) en avril 2001

La vidange des aquifères se fait via les cours d'eau lorsqu'ils existent ou directement sur la plage à marée basse

Les débordements de la nappe interviennent dans les points bas du littoral mais aussi en pied de paléofalaise. Celle-ci correspond à la position du trait de côte d'il y a 120 000 ans environ (transgression marine de l'Éémien)

Les inondations par remontée ou débordement de la nappe phréatique affectent des activités agricoles (élevage et maraîchage) mais aussi des infrastructures et des bâtiments.

L'utilisation des terres soumises au risque de débordement de la nappe phréatique nécessite des investissements coûteux (drainage, endiguement)

788 km² de terres agricoles sont situées sous le niveau marin actuel en Normandie, soit 2.6 % du territoire

114 km²

17 % des prairies du département de la Manche et 37 % de ses surfaces maraîchères se situent sous le niveau marin actuel

450 km²

177 km²

47 km²

De nombreux bâtiments, infrastructures sont soumis au risque d'inondation par les nappes phréatiques le long du littoral

agricole

• Un faible pourcent age (3%) du territoire normand est situé sous le niveau marin
• Essentiellement des terres agricoles
• 56 000 logements
• 49 000 salariés (1/20 de l'emploi normand)
• 1/6 de la richesse produite par an en Normandie dans des territoires susceptibles d'être sous le niveau marin en 2100

urbaine

zone d'activité partiellement concernée

source : INSEE et DREAL

En zone urbaine, les dommages provoqués par les remontées de nappe sont variés : inondation, déformation du bâti, vieillissement des réseaux, problèmes sanitaires.

Différents types de dommages occasionnés par les remontées et débordements de la nappe phréatique

La DREAL a élaboré des cartes d'aléa qui témoignent des risques actuels. Rivages normands 2100 préfigure les risques futurs

VRD en zone à risque en centre ville de Caen

Profondeur de la nappe phréatique en hiver

Aléa à Pirou, en contexte urbain et agricole

Rivages normands 2100 s'intéresse également au risque de salinisation des eaux souterraines en bordure de mer

Dans les aquifères littoraux, les eaux salées se trouvent à grande profondeur et ne représentent en général aucune menace pour les activités de surface. Cependant, à la faveur de pompages mais aussi du drainage des zones humides, le biseau salé peut remonter et contraindre certaines activités ou aménagements. L'élévation du niveau marin et la diminution des flux d'eau douce provenant du continent, tel que prévu par les scénarios du GIEC, vont favoriser la pénétration et la remontée du biseau salé dans le futur.

L'interface entre les eaux douces et les eaux salées est dénommé "le biseau salé". Les eaux salées, plus denses, se situent à plus grande profondeur

80 m

2 km

Les prélèvements agricoles sont encore mal maîtrisés. Les demandes pourraient croître dans le futur

irrigation par forage dans le secteur de Créances

Le sel pénètre aussi dans les marais via des surverses de la mer, en période de vives-eaux. Ces surverses seront de plus en plus fréquentes dans le futur

© F. Gresselin

Les sables déposés par des vagues dans le marais de Meuvaines témoignent de l'existence d'overwash apportant des eaux salées dans la zone humide. Ces eaux salées s'infiltrent en direction du sous-sol ou se mélangent aux eaux superficielles du marais.

© DREAL Normandie

1. Les aléas hydrogéologiques
2. Le partenariat, le budget et la clef de financement du programme, son état d'avancement
3. La modélisation hydrogéologique : premiers résultats
4. Les prochaines étapes

Une communauté d'acteurs fédérée autour d'un objectif commun : la gestion des risques hydrogéologiques littoraux

Des chercheurs de l'Université de Rennes et de Caen Des ingénieurs de l'Etat et de l'AESN De nombreuses collectivités Deux syndicats de production d'eau potable

Analyser l'impact du changement climatique sur l'intensification des risques hydrogéologiques et leur répercussions sur le territoire :

+ info

• inondation par débordement des nappes
• salinisation des eaux souterraines
• impacts socio-économique

Cinq sites pilote font l'objet d'études approfondies à partir desquelles les connaissances sont régionalisées

Problématiques étudiées :

• Zones urbaines (inondation des bâtiments, des voiries et des réseaux enterrés)
• Agriculture (élevage et maraîchage)
• Production d'eau potable, industrielle et agricole
• Santé (insalubrité, risques psycho-sociaux)
• Micro- et macro-économie

• Biodiversité, patrimoines mémoriels et culturels

• Carteret-Portbail
• Havre de Saint-Germain-sur-Ay
• Agon-Coutainville
• Baie du Cotentin
• Estuaire de l'Orne

Clef de financement du programme

Coût par poste budgétaire

2019 - 2021 Développement d'une interface cartographique à destination des usagers

2018 Etude préliminaire OSUR / DREAL

2021-2024 Analyse du risque de salinisation des aquifères côtiers

2023-2024 Définition d'une stratégie d'adaptation

Développée par l'IRISA et l'OSUR, cet outil interactif est destiné à mettre en perspective les résultats des modèles hydrogéologiques Thèse de June Sallou

Analyse par modélisation des facteurs de contrôle des inondations par la nappe phréatique sur le site pilote : de Gouville-sur-Mer

Thèse ou post-doctorat

2021 Equipement d'un réseau piézométrique littoral

2019- 2022 Modélisation des risques d'inondation par la nappe phréatique

2021-2024 Analyse socio-économique des risques hydrogéologiques actuels et futurs le long du littoral normand

Thèse d'Alexandre Gauvain. Développement de modèles sur 5 sites pilotes et régionalisation aux côtes équivalentes. Prédiction de l'évolution des risques d'inondation pour différents scénarios du GIEC

Implantation d'un réseau piézométrique par les communautés de communes membres du programme de recherche (36 piézomètres)

Thèse de Florence Poirier.

1. Les aléas hydrogéologiques
2. Le partenariat, le budget et la clef de financement du programme, son état d'avancement
3. La modélisation hydrogéologique : premiers résultats
4. Les prochaines étapes

Des modèles pour prévoir l'impact du changement climatique sur la durée, la fréquence et la localisation des débordements des nappes d'eau souterraine

Modèles développés par l'OSUR, l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes

Alexandre Gauvain de l'OSUR développe les modèles le long des côtes normandes

Données géologiques hydrogéologiques, pédologiques, topographiques, hydrographiques, climatiques et niveau marin

Scénarios d'élévation du niveau marin pris en considération dans la modélisation

Scénarios 2.6 4.5 et 8.5 pour la Normandie

Scénario mondial actuel

Prise en considération des données climatologiques passées, depuis 1950, sous forme de chroniques journalières

2001 : année de référence pour cartographie DREAL

Source: Météo-France, SURFEX.

Prise en considération des données climatologiques simulées par différents modèles climatiques pour une gamme variée de scénarios du GIEC pour la période 2020 - 2100

Source: Météo-France, SURFEX.

Comparaison entre signal climatique actuel et futur simulé :

historique

Scénario 8.5 modèle IPS1

• augmentation de l'évapotranspiration
• accentuation de la saisonnalité du signal pluviométrique
• diminution de la période de recharge des nappes
• intensification du pic de recharge des nappes
• intensification des pics de ruissellement

8.5

Source: Météo-France, SURFEX et Alexandre Gauvain de l'OSUR (Rivages normands 2100).

En bordure de mer, les variations piézométriques de la nappe sont influencées par la marée

Gouville-sur-Mer

A : Asnelles

Source des données piézométriques BRGM

L'onde de marée est amortie par le cordon dunaire. Son influence dans l'aquifère ne s'étend pas au delà de quelques centaines de mètres

Le cordon dunaire filtre l'influence de la marée sur la piézométrie de la nappe. Le cycle "semi-mensuel" (alternance vives-eaux / mortes eaux) influence plus loin à l'intérieur des terres la piézométrie de la nappe que le cycle journalier. Plus le cordon dunaire est réduit, plus la marée a des chances d'influencer la piézométrie de la nappe d'eau souterraine du marais arrière littoral

Dans les zones basses du littoral, le niveau des nappes monte au fur et à mesure que le niveau marin s'élève

paléo-falaise

massif dunaire

marais arrière-littoral

hausse du niveau de la nappe

hausse du niveau de la mer

L'élévation du niveau de la nappe est presque équivalente à celle du niveau marin. L'influence de l'élévation de la mer s'étend loin à l'intérieur des terres

R : recharge de la nappe K perméabilité de l'aquifère

En cas d'émergence et de drainage de la nappe par un cours d'eau, l'impact de l'élévation de la mer se limite à l'espace compris entre la zone d'écoulement et la côte.

écoulement

hausse du niveau de la nappe

hausse du niveau de la mer

Quand l'écoulement passe sous l'influence, en termes de cote et de pente, du niveau marin, la zone d'émergence gagne vers l'amont. Il s'agit donc un gain temporaire

L'apparition de nouvelles zones de drainage en lien avec l'élévation du niveau de la nappe va provoquer une accélération de la vitesse de renouvellement de l'eau souterraine. L'émergence de polluants stockés dans l'aquifère est envisageable

Temps de séjour de l'eau souterraine en année

Premiers résultats de la modélisation hydrogéologique sur le site pilote du havre de Saint-Germain-sur-Ay

havre de Surville

havre de Saint-Germain-sur-Ay

source : google Earth

Un cordon dunaire entre la mer et la vallée de l'Ouve support d'activités balnéaires et maraîchères

Maraîchage

Haut pays

Station balnéaire

Vallée de l'Ouve

Maraîchage

Dunes

Station balnéaire

Dunes

havre de Saint-Germain-sur-Ay

source : google Earth

Saint-Germain-sur-Ay, ses espaces naturels et ses activités

© Thierry HOUYEL

© Thierry HOUYEL

© Street view google

© Frédéric Gresselin

Une configuration typique de l'Ouest de la Normandie

haut pays

marais de l'Ouve

cordon dunaire

Evolution des surfaces de zones inondées et vulnérables (profondeur nappe <=1 m) par rapport à la simulation calibrée sur l'historique en régime permanent

Pourcentage par rapport aux territoires d'altimétrie inférieure à 15 m

Modélisation de l'évolution du niveau moyen de la nappe phréatique

Massif dunaire de Saint-Germain-sur-Ay. Scénarios 2.6 et 8.5. Rivages normands 2100

Une augmentation sensible de l'aléa dans le futur Equivalence des scénarios 2.6 et 8.5 en 2100 Scénario 8.5 beaucoup plus contraignant à court terme

Bretteville-sur-Ay

St-Germain-sur-Ay

source : Alexandre Gauvain, thèse en cours

1. Les aléas hydrogéologiques
2. Le partenariat, le budget et la clef de financement du programme, son état d'avancement
3. La modélisation hydrogéologique : premiers résultats
4. Les prochaines étapes

Modéliser en régime transitoire (variations piézométriques saisonnières) puis croiser aléa (profondeur, durée, fréquence, évolution) et enjeux

Trajectoires futures par maille (75 * 75 m) Etude socio-économique Scénarios d'adaptation

Calendrier prévisionnel

Du retard dans :

• la livraison des piézomètres
• l'étude sur le risque de salinisation
• le lancement des études sur la salinisation et les risquessocio-économiques

Pourquoi ?

La crise sanitaire principalement mais aussi les consultations d'entreprises pour la création du réseau piézométrique

Prolongation du programme ?

Fin actuellement envisagée du programme : dernier trimestre 2023 Les derniers livrables seront rendus à cette date si nécessaire Cependant, les deux derniers volets du programme vont s'étendre jusqu'en fin 2024 dont la thèse en socio-économie L'encadrement scientifique se poursuivra jusque fin 2024 Pourquoi ne pas en bénéficier et envisager une prolongation de programme ? Besoin de conserver le modélisateur Alexandre Gauvain jusqu'en fin de programme Coût prévu extension programme 155 à 215 K€ selon scénarios

L'équipe scientifique

Luc Aquilina

Jean-Raynald de Dreuzy

Frédéric Gresselin

Professeur OSUR

DREAL Normandie

Directeur OSUR

Alexandre Gauvain

Doctorant OSUR

Florence Poirier

Cyrille Harpet

Doctorante EHESP

Professeur EHESP