Evaluation de la sensibilité des eaux côtières à la contamination : une approche par modélisation hydrodynamique

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Rachel Piché
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1 Séminaire DREAL sur le Milieu Marin, Stareso, Calvi, 8 octobre 2009 Evaluation de la sensibilité des eaux côtières à la contamination : une approche par modélisation hydrodynamique Présenté par : Avec la participation de : En relation avec : Nicolas Ganzin, Ifremer LER/PAC Annie Fiandrino, Ifremer LER/LR Pierre Garreau, Ifremer DYNECO/Physed Sylvain Coudray, Ifremer LER/PAC l Agence de l Eau AERM&C

2 Plan de la présentation Evaluation de la sensibilité des eaux côtières à la contamination : une approche par modélisation hydrodynamique Illustration sur la méditerranée française Introduction : sensibilité à la contamination Modélisation hydrodynamique : simulation des courants Evaluation du taux de renouvellement des eaux côtières Cartes du taux de renouvellement des eaux côtières Conclusion et perspectives

3 Introduction : sensibilité à la contamination Eaux côtières sensibilité plus ou moins grande aux rejets accidentels en fonction de la capacité de dilution du contaminant pas les eaux Importance des caractéristiques hydrodynamiques Idée : utilisation des données de sortie de modèle hydrodynamique pour une caractérisation générale Calcul du taux de renouvellement des eaux côtières Principe de base : découpage des eaux côtières en masses d eau individuelles intégration dans le temps et dans l espace des courants (entrants ou sortants) donnés en sortie de modèle hydrodynamique

4 Modélisation hydrodynamique : simulation des courants Mars-3D : calculs des variables hydrodynamiques sur 30 niveaux Courants (u, v), température, salinité MENOR v u Résolution : 1200m

5 Modélisation hydrodynamique : simulation des courants Courant = résultante de u et v à chaque cellule de grille de calcul u = composante zonale v = composante méridienne Salinité (PSU)

6 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Principe : intégration des courants dans l espace et dans le temps Pour une masse d eau bien délimitée Pour une période de temps donnée N Masse d eau Flux entrant (ou sortant) Tx Renouvellement = Volume de la masse d eau Hypothèses : Conservation de la masse Volume constant

7 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Les masses d eau côtières méditerranéennes de la DCE Une soixantaine de masses d eau «homogènes» (sans compter les masses d eau intermédiaires = lagunes) Directive cadre sur l eau

8 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Echanges (flux) notion de colonnes d eau «frontières» Latitude Max N Latitude Min Masse d eau Longitude Min Longitude Max Colonne d eau «frontière» telle que définie par la cellule de calcul du modèle hydrodynamique

Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Flux entrant TxR = ------------------------------------ Volume de la masse d eau Echanges (flux) à

9 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Flux entrant TxR = Volume de la masse d eau Echanges (flux) à travers les colonnes d eau «frontières» φ φ φ φ (latitude) v H.dσ u g (longitude) φ : taille de la cellule en latitude (m) g : taille de la cellule en longitude (m) H.dσ : taille de la cellule suivant la verticale (m) (H est la hauteur de la colonne d eau et dσ est un % de la hauteur d eau totale) u : composante zonale du courant (m/s) v : composante méridienne du courant (m/s) Flux à travers les frontières W/E et S/N (en m 3 /s) u. φ φ.h.dσ et v. g.h.dσ

Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Préliminaire 1 : fabrication du masque des masses d eau Problème : les formats Limites des masses d eau

10 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Préliminaire 1 : fabrication du masque des masses d eau Problème : les formats Limites des masses d eau = polygones Sorties de modèle MARS-3D = grille de points conversion «vecteur raster» de la couverture des masses d eau pour compatibilité de format = masque des masses d eau Couche «Vecteur» Couche «Raster» (à la résolution des sorties de modèle)

11 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Préliminaire 2 : fabrication des masques frontières directionnels (Nord Sud Est West) W N S E Cellules «frontière» : West Sud Est Cellule frontière SUD et WEST Cellule frontière SUD et EST Cellule frontière SUD uniquement

12 Evaluation du Taux de Renouvellement des eaux côtières Taux de renouvellement (TxR) : principe Préliminaire 2 : fabrication des masques frontières directionnels (Nord Sud Est West) 4 Masques (binaires 0,1) directionnels de traitement Masque EST Masque SUD Masque WEST

13 Cartes du taux de renouvellement des masses d eau côtières Outils de traitement Programmes MATLAB (développés en collaboration avec Annie Fiandrino, LER/LR) Fabrication des masques directionnels Calcul des flux, du volume et du Taux de Renouvellement Illustration sur : Méditerranée Nord-ouest (Zone MENOR) Subdivision : masses d eau DCE Données : sorties de modèle (courants) MENOR (cellule 1,2 km) pour année 2006, 2 données par jour Pas de temps : mensuel Calcul du taux de renouvellement par masse d eau pour une période donnée Rendu cartographique : TxR intégrés à la couverture SIG des masses d eau

14 Cartes du taux de renouvellement des masses d eau côtières Quelques résultats : Taux de renouvellement mensuel pour l ensemble des masses d eau côtières DCE pour l année 2006 Animation

15 Cartes du taux de renouvellement des masses d eau côtières Quelques résultats : Carte du taux de renouvellement ANNUEL pour 2006 (Somme des TxR mensuels pour 2006) Marseille Cannes Nice Année 2006 Toulon Taux de Renouvellement Annuel km

16 Cartes du taux de renouvellement des masses d eau côtières Quelques résultats : Zoom Taux de renouvellement mensuel pour les masses d eau côtières DCE de LR et PACA pour 2006 Animation Taux de Renouvellement Mensuel

17 Cartes du taux de renouvellement des masses d eau côtières Quelques résultats : Zoom Taux de renouvellement mensuel pour les masses d eau côtières DCE Corses Animation

Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle une façon simple de fournir une caractérisation hydrodynamique des masses d eau côtières rendu

18 Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle une façon simple de fournir une caractérisation hydrodynamique des masses d eau côtières rendu cartographique clair évaluation quantitative!!! Evaluation qualitative «à dire d expert» Evaluation quantitative bonne contribution à évaluation de la sensibilité à la contamination

Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle Résultats actuels : seulement préliminaires une seule année (2006) représentatif?

19 Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle Résultats actuels : seulement préliminaires une seule année (2006) représentatif??? limite du découpage DCE : zones homogènes??? précision des résultats TxR résultats de simulations des courants côtiers (???) besoin validations additionnelles masses d eau de taille réduite intérêt de modèles plus fins cellule de grille 400m, 150m, Exemple : modèle Corse 400 (En cours de développement)

20 Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle Perspective : utilisation modèles hydrodynamiques à résolution plus fine PACA Résolution : 400m

21 Conclusion et perspectives Taux de Renouvellement dérivé de sorties de modèle Résultats préliminaires mais substantiels!!! intérêt méthodologique : entre le SIG et la modélisation développement d outils informatiques opérationnels!!! Utilisation effective : Etude et Rapport pour l AERM&C Rendu : juin 2009 Caractérisation hydrodynamique des masses d eau DCE Corses Etude CLARA 2 avec l IRSN

22 Merci de votre Attention

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