Adaptation of coastal structures to mean sea level rise

Adaptation des structures côtières à la montée du niveau marin

¹ , Cerema - CETMEF -
e-mail: philippe.sergent@cerema.fr
² , EDF -
e-mail: giovanni.mattarolo@edf.fr
³ , Université du Havre -
e-mail: jerome.brossard@univ-lehavre.fr
⁴ , Université de Technologie de Compiègne -
e-mail: gilles.morel@utc.fr
⁵ , Office des Risques Majeurs de l'Estuaire de la Seine -
e-mail: fatou.mar@ormes.asso.fr
⁶ , REPORTEX -
e-mail: soframarp@wanadoo.fr
⁷ , Communauté de l'Agglomération Havraise -
e-mail: pascal.mallet@agglo-havraise.fr

Abstract

With the mean sea level (MSL) rise, coastal defence structures will be exposed to wave height, which are larger than the design values, in particular for all the structures built in shallow waters where the depth imposes the maximal wave height due to bathymetric breaking. If MSL rise is one meter, the crest of these structures will have to be raised between two and three meters in order to keep the same overtopping volumes. Moreover the structures will have more severe damages and mass of armour units should be doubled. Statistics moderate the first conclusions because it keeps into account the whole set of events, including in particular shoaling waves. Schematically with the increase of damages, according to the severity of changes the stakeholders will adopt one of the following scenarios: a) repairing the structures as it is b) reinforcing the structures c) demolishing and redesigning the structures d) accepting coastal realignment. Three axes of reinforcement of structures are presented: limiting overtopping by modifying for example the crown wall, improving armour stability by adding an armour layer or by using milder armour slope and reducing the incident wave energy by building a detached low-crested breakwater or by sand nourishment. A curved parapet wall is a very efficient solution for impervious structures. This solution must often be completed by an additional armour layer for pervious structures. The front reservoir is also a promising solution. Cost benefice analysis (CBA) applied to the city of Le Havre shows that reinforcement becomes economically justified in district of Malraux when MSL rise is 1 m. Redesign and coastal realignment as far as they are concerned are acceptable when MSL rise exceeds 2 m.

Résumé

Avec la remontée du niveau marin (NM), les digues côtières seront exposées à des vagues dont la hauteur sera plus grande que la valeur de dimensionnement, notamment toutes les structures construites en faibles profondeurs où la profondeur impose l'amplitude maximale à cause du déferlement bathymétrique. Si une hausse d'un mètre du NM doit se produire, ces ouvrages devront être rehaussés en première approche de deux à trois mètres pour conserver la même performance en termes de franchissement. En outre, ils subiront une augmentation des dommages non négligeables et la masse des blocs de la carapace devra souvent être doublée. L'approche statistique modère les premières conclusions car elle considère l'ensemble des évènements y compris les évènements en situation de shoaling. Schématiquement, avec l'augmentation progressive des dommages, le gestionnaire adoptera un des scénarios suivants selon la sévérité des changements : a) réparer l'ouvrage à l'identique b) renforcer l'ouvrage c) le démolir et changer les dimensions de l'ouvrage d) lancer un repli stratégique. Trois axes se dégagent pour renforcer les structures : limiter le franchissement (par exemple en modifiant le mur de couronnement), améliorer la stabilité de la carapace (en ajoutant une couche d'enrochements supplémentaire ou en adoucissant la pente) et réduire les sollicitations extérieures i.e. la houle (en implantant un ouvrage détaché ou en assurant un rechargement de sable). Il s'avère que l'ajout d'un becquet est une solution très efficace pour les ouvrages imperméables. Cette solution doit souvent être complétée par une couche supplémentaire d'enrochements pour les ouvrages perméables. Le bassin de déversement est aussi une solution prometteuse. L'approche coût bénéfice appliquée à la ville du Havre a montré que la solution du renforcement ne deviendra économiquement justifiée sur le quartier Malraux que si la montée du NM atteint 1 m. Le redimensionnement ou le repli stratégique quant à eux ne peuvent être envisagés que pour des niveaux plus importants (au-delà de 2 m).