Comparaison de différentes méthodes d'estimation des niveaux extrêmes en site à fort et à faible marnage

Comparison of different methods for estimating extreme levels for high and low tidal range site

¹ EDF - R&D, Laboratoire National d'Hydraulique et d'Environnement - 6, quai Watier 78401 Chatou, France -
marc.andreewsky@edf.fr
² CEREMA, Direction technique Eau, mer et fleuves, BP 5, 29280 Plouzané, France -
Xavier.Kergadallan@cerema.fr
³ Laboratoire d'Hydraulique Saint-Venant, Université Paris-Est (unité de recherche commune EDF R&D, CEREMA, Ecole des Ponts ParisTech), 6, quai Watier 78401 Chatou, France -
michel.benoit@edf.fr - pietro.bernardara@edf.fr
⁴ CEREMA, Direction technique Eau, mer et fleuves, CS 70499, 13593 Aix-en-Provence Cedex 3, France -
Pierre.Gaufres@cerema.fr
⁵ CEREMA, Direction territoriale Méditerranée, CS 70499, 13593 Aix-en-Provence Cedex 3, France -
Celine.Trmal@cerema.fr

Résumé

L'estimation des probabilités d'occurrences des niveaux marins extrêmes est un enjeu majeur pour les études sur les risques de submersion du littoral. Les périodes de retour des niveaux extrêmes sont estimées ici pour deux sites : un de forte amplitude de marée, Brest, l'autre de faible amplitude de marée, Sète. L'approche directe est testée (sur les niveaux d'eau) ainsi que la méthode révisée des probabilités conjointes (RJPM) combinant probabilités associées aux marées et aux surcotes météorologiques. Nous comparons les résultats des ajustements statistiques des extrêmes pour deux méthodes différentes de sélection des événements : par maxima annuels (AM) et par pics au- dessus d'un seuil (POT). Nous discutons les différentes manières de traiter l'eustatisme, le choix de la loi d'ajustement, le choix du seuil pour la méthode POT, l'influence de la durée des mesures et la dépendance temporelle avec l'utilisation de l'indice extrémal. Pour les données de Sète, nous essayons de quantifier la dépendance saisonnière marée / surcote. Les approches directes et RJPM tendent vers un même résultat pour le site à faible marnage. AM et POT tendent vers un même résultat pour la longue série de Brest, et POT est meilleur pour la série courte. La sélection du seuil pour POT est justifiée par un ensemble de tests statistiques complémentaires. L'utilisation de l'indice extrémal n'apporte pas de changement notable. Le modèle de dépendance saisonnière utilisé présente un premier résultat intéressant et pourrait être testé pour d'autres sites. Nous dégageons une méthodologie générale et des recommandations éventuellement utiles pour d'autres analyses.

Abstract

The estimation of probability of occurrence for extreme sea levels is a major issue for studies on the risks of coastal flooding. Return periods of extreme water levels are estimated here for two sites: a high tidal range, Brest, the other with a low tidal range, Sète. The direct approach is tested (on water levels) and also the revised joint probabilities methods (RJPM) combining probabilities associated with tide and surges. We compare the results of statistical adjustments of extremes for two different methods for selecting events: for the annual maxima method (AM) and the peak over the threshold method (POT). We discuss the different ways to treat eustatism, the choice of the probability function, the choice of threshold for POT method, the influence of the measurement duration and the time dependence with the use of the extremal index. For data from Sète, we try to quantify the seasonal dependence tide / storm surge. RJPM and direct approaches tend to the same result for the low tidal site. POT and AM tend toward the same result for the long series of Brest, and POT is better for the short series. The selection of the threshold for POT is justified by a set of additional statistical tests. Using the extremal index does not change significantly the result of convolution. The model of seasonal dependence used has a first interesting result and could be tested on other sites. We derive a general methodology and recommendations that can be useful for further analysis.