Vulnérabilité de la zone côtière dans la municipalité régionale de Halifax

Justification de l’activité

La combinaison des vagues et des ondes de tempête et de l’élévation du niveau de la mer provoque des inondations, menace la sécurité des personnes et endommage la propriété et les infrastructures des centres urbains côtiers. Cette activité, conduite en partenariat avec les urbanistes de la Municipalité régionale d’Halifax, établit les fondements scientifiques de mesures d’adaptation à incorporer dans le nouveau plan de développement du port d’Halifax. Elle démontre comment les connaissances scientifiques peuvent être mises à contribution pour accroître la résilience des collectivités côtières.

Leader: Don Forbes

Des membres de l’équipe du projet, Dave Frobel (G) et Bob Taylor (D) — tous deux de la Commission géologique du Canada (CGC) — déterminent en juin 2008 le niveau d’une voie ferrée qui s’est affaissée sous l’action des vagues au passage de l’ouragan Juan (septembre 2003). Le port d’Halifax se trouve à droite (marée basse), et le centre-ville de Dartmouth se trouve en arrière-plan. Image agrandie

Le sujet

La Municipalité régionale d’Halifax (MRH) est un chef de file des municipalités canadiennes en matière de planification de l’adaptation aux changements climatiques. Sa stratégie de planification (site en anglaise seulement), adoptée par le conseil municipal en août 2006, comprend des politiques explicites d’adaptation aux changements climatiques. La stratégie de planification reconnaît les lacunes importantes de notre connaissance des effets des changements climatiques et notamment de l’élévation du niveau de la mer et des ondes de tempête sur les rives du port d’Halifax et d’autres zones côtières de la MRH. Le port d’Halifax est un important port de mer comportant des infrastructures portuaires, industrielles, militaires et municipales, des parcs insulaires et côtiers, des installations culturelles et patrimoniales et des projets de mise en valeur commerciale, résidentielle et récréative de plusieurs milliards de dollars.

On a reconnu la nécessité de recueillir des données scientifiques appropriées sur la rive du port, les tendances de l’évolution du niveau de la mer, les risques d’inondation et la vulnérabilité à ces risques afin d’intégrer les enjeux des changements climatiques et les mesures d’adaptation dans le nouveau plan de développement du port d’Halifax. Cette activité a favorisé la collaboration des chercheurs du Secteur des sciences de la terre (SST), de leurs homologues d’autres ministères fédéraux et provinciaux et des établissements universitaires (Université Dalhousie et Nova Scotia Community College) et des urbanistes de la MRH aux efforts d’acquisition des connaissances scientifiques requises pour une planification efficace des mesures d’adaptation.

Résultants

Taux actuels d’élévation du niveau de la mer et d’affaissement du sol

Le marégraphe d’Halifax est en service depuis 1895 et a produit une série pratiquement ininterrompue de données depuis 1920. Les observations sont recueillies et archivées par le ministère des Pêches et Océans, et sont disponibles en ligne à l’adresse. Ces données laissent constater une élévation progressive moyenne du niveau moyen de la mer de 3,20 ± 0,01 mm/a (soit 32 cm/siècle). Il s’agit de l’« élévation relative du niveau de la mer », qui prend en compte à la fois les mouvements du sol (affaissement régional à Halifax) et l’élévation du niveau de la mer, les deux phénomènes étant chacun responsables pour moitié environ de la tendance observée.

Même sans élévation du niveau de la mer, une élévation relative sera observable si le sol s’affaisse. Dans les Maritimes, l’affaissement régional généralisé du sol est une conséquence à long terme des effets de la dernière période glaciaire, survenue il y a plus de 10 000 ans. Pour obtenir des estimations réalistes de l’élévation future du niveau de la mer causée par les changements climatiques, il est nécessaire de connaître l’ampleur de ce phénomène d’affaissement. Le taux d’affaissement doit être pris en compte dans le calcul des projections de l’élévation du niveau de la mer effectué à l’aide de modèles climatiques pour fournir une estimation de l’élévation relative totale attendue à un endroit donné.

On peut estimer les taux de mouvement de la croûte terrestre (soulèvement ou affaissement) à partir des indices géologiques des niveaux relatifs de la mer atteints par le passé ou par mesures directes à l’aide d’un système de géolocalisation et de navigation (GNSS) ou de séries chronologiques de mesures de la gravité absolue. Dans le cadre d’une collaboration avec la Division des levés géodésiques de Ressources naturelles Canada, nous mesurons le taux d’affaissement de la croûte terrestre dans la région d’Halifax à l’aide d’un système mondial de localisation (GPS) fonctionnant en continu dont le récepteur se trouve sur un socle installé sur le substratum rocheux surplombant l’entrée principale de l’Institut océanographique de Bedford (BIO), à Dartmouth.

Observation des impacts des tempêtes

Les effets des changements climatiques sur les côtes se manifestent souvent d’abord lors d’événements extrêmes dont les impacts peuvent être aggravés par l’élévation du niveau de la mer ou d’autres facteurs climatiques. L’ouragan Juan était un événement d’une puissance exceptionnelle qui a provoqué une hausse record du niveau de la mer (2,91 m au-dessus du zéro des cartes) au marégraphe d’Halifax juste avant minuit, dans la nuit du 28 au 29 septembre 2003. L’onde de tempête maximale (différence entre le niveau observé de l’eau et la marée prédite, compte tenu de l’onde de seiche) pendant cet événement a atteint 1,63 m à minuit. À l’extérieur de l’entrée du port d’Halifax, on a mesuré une hauteur significative des vagues en eau profonde (moyenne des hauteurs dans un tiers des plus hautes houles) de 9,0 m, et une hauteur maximale de 19,9 m. Compte tenu d’une certaine dérive des instruments, il est possible que la hauteur significative ait été encore plus grande. Ces vagues se sont propagées vers le nord le long de l’axe du port, parallèlement au mur de l’oeil oriental, et ont atteint une hauteur record près du point culminant de la tempête.

Les sites riverains orientés vers le sud et se prolongeant dans le port comme les pointes Pleasant et Dartmouth ont enregistré des « jets de rive » (combinaison des lames et de la seiche) d’une ampleur supérieure à 1 m, la hauteur maximale s’établissant à 1,7 m. Des jets de rive atteignant jusqu’à 1,1 m ont été mesurés sur le front de mer d’Halifax, à Bishop’s Landing. Ce phénomène a causé des inondations records au centre-ville, dans le secteur riverain de Dartmouth et à de nombreux autres endroits dans le secteur du port, ainsi que des dommages importants aux navires et aux petites embarcations, aux infrastructures de transport et aux ouvrages riverains.

Prévision des niveaux d’eau futurs dans le port d’Halifax

Il est possible d’estimer les futurs niveaux d’eau extrêmes induits par les changements climatiques en combinant les projections de l’élévation du niveau de la mer aux informations statistiques sur les ondes de tempête. Dans le cadre de l’étude du port d’Halifax, une distribution généralisée des valeurs extrêmes de niveaux d’eau annuels à Halifax de 1920 à 2007 a été établie en collaboration avec l’Université Dalhousie. On a ainsi constaté que les niveaux d’eau records atteints lors de l’ouragan Juan n’étaient pas anormaux, mais s’approchaient de la courbe correspondant à une périodicité d’environ 100 ans. Le record précédent avait été atteint lors d’une tempête hivernale, le 23 février 1967.

On s’attend à des taux accélérés d’élévation du niveau de la mer au cours des décennies à venir à cause du réchauffement des océans et de la fonte des glaciers alpins, des calottes glaciaires et des inlandsis du Groenland et de l’Antarctique. Les projections varient en fonction des scénarios d’émissions, comme l’indique le Quatrième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Ce rapport prévoit une élévation globale du niveau moyen de la mer (de 1980-1999 à 2090-2099) variant entre 0,18-0,38 m pour le scénario des émissions les plus faibles et 0,26-0,59 m pour le scénario des émissions les plus élevées. Depuis l’achèvement du rapport du GIEC de 2007, de nouvelles données ont conduit à conclure que l’élévation du niveau de la mer suivrait une trajectoire égale ou supérieure aux projections A1FI et pourrait s’aggraver sensiblement sous l’effet d’une fonte accélérée des glaciers continentaux du Groenland et de l’Antarctique.

Compte tenu de ces rapports et en adoptant une approche préventive, nous avons choisi un certains nombre de niveaux d’eau de référence envisageables en collaboration avec les urbanistes de la MRH et les avons combinés avec des tempêtes d’intensités diverses (périodicité des ondes de tempête). Nous avons utilisé trois scénarios d’élévation du niveau de la mer : 1) maintien du taux historique (0,18 m d’ici 2100); 2) limite supérieure de la projection plus élevées du rapport du GIEC de 2007 (0,59 m d’ici 2100); 3) projection extrême fondée sur les données récentes (1,3 m d’ici 2100). Tous ces scénarios ont été combinés au taux mesuré d’affaissement pour donner des taux locaux d’élévation relative du niveau de la mer. Les résultats sont présentés dans un dossier public de SST.

Cartographie des niveaux futurs d’inondation

Nous avons établi l’ampleur des inondations associées à chacun des scénarios d’élévation du niveau d’eau par le biais d’une simulation réalisée dans un SIG à l’aide d’un modèle altimétrique numérique à haute résolution dérivé d’un lidar (détection et télémétrie par ondes lumineuses) topographique aéroporté (méthode également connue sous le nom d’altimétrie par laser à balayage aéroporté). L’instrument utilise un faisceau laser infrarouge qui balaie le sol à partir d’un aéronef et qui donne une série de points dont on peut déterminer les coordonnées horizontales et verticales (position et élévation) avec une précision horizontale d’environ ± 0,3 m et une précision verticale égale ou supérieure à ± 0 15 m. Des études semblables ont été réalisées ailleurs dans les Maritimes au cours de la dernière décennie afin de dresser des cartes des inondations côtières provoquées par la superposition des ondes de tempête et de l’élévation du niveau de la mer; ces études ont servi à l’élaboration du modèle du port d’Halifax (voir par exemple Webster et Forbes, 2006; Webster et al., 2006).

On a effectué un relevé lidar au printemps 2007, après la fonte des neiges mais avant le plein épanouissement des feuilles, afin d’élaborer un modèle altimétrique numérique du sol nu qui servirait de point de départ de la cartographie des risques d’inondation dans la zone du port d’Halifax. L’acquisition des données a été financée et gérée par la MRH, avec la participation financière du ministère de l’Énergie de la Nouvelle-Écosse et de l’Administration portuaire d’Halifax, et les contributions en nature d’autres partenaires. Le modèle à sol nu a été mis au point à partir du modèle altimétrique initial de la surface (incluant la végétation et les bâtiments) en classant les coordonnées laser individuelles en deux groupes — selon qu’elles se trouvaient au sol ou au-dessus du sol — et en supprimant les dernières du modèle.

Les modèles combinés présentent diverses possibilités, y compris la modélisation du drainage de l’eau de surface, la cartographie de la géologie des dépôts meubles, la quantification du couvert arborescent urbain, la détermination des opérations de déblai-remblai réalisées dans le cadre des projets de développement, ou l’analyse par plan de vue, pour ne nommer que quelques-unes des activités conduites dans la MRH. L’étude effectuée en 2007 a couvert l’ensemble du bassin de drainage du port d’Halifax ainsi que des superficies supplémentaires situées le long de la rive est, soit une superficie totale d’environ 1 393 km².

Le modèle altimétrique numérique lidar (illustré dans la figure ci-dessus montrant le port d’Halifax et le bassin environnant du côté gauche de l’écran, et une image détaillée du centre-ville du côté droit) sert à évaluer la gravité des inondations correspondant à divers scénarios d’élévation du niveau de la mer et de combinaison des effets de la marée et des ondes de tempête

Links

• Webcôtier
• Halifax Regional Municipality (site en anglaises seulement)
• Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
• >Institut canadien des urbanistes

Publications

Veuillez noter qu’il faut être abonné pour consulter certains articles. Pour obtenir une copie des publications, ou pour tout autre renseignement, veuillez contacter Don Forbes.

• Vérifiez les publications plus récentes en GEOSCAN, la base de données des publications de la Commission géologique du Canada et du Centre canadien de télédétection

Forbes, D.L., Craymer, M., Daigle, R., Manson, G.K., Mazzotti, S., O’Reilly, C., Parkes, G.S., Taylor, R.B., Thompson, K. and Webster, T. 2008. Creeping higher: Preparing for higher sea levels in Atlantic Canada. BIO 2007 in Review. Bedford Institute of Oceanography, Dartmouth, NS, p. 14-17.

Forbes, D.L., Manson, G.K., Taylor, R.B., Thompson, K.R. and Charles, J. 2009. Halifax Harbour extreme water levels in the context of climate change: Scenarios for a 100-year planning horizon. GSC Open File (in review).

Webster, T.L. and Forbes, D.L. 2006. Airborne laser altimetry for predictive modeling of coastal storm-surge flooding. In Remote Sensing of Aquatic Coastal Ecosystem Processes: Science and Management Applications (Richardson, L.L. and LeDrew, E.F., editors). Springer, Dordrecht, p. 157-182.

Webster, T.L., Forbes, D.L., MacKinnon, E. and Roberts, D. 2006. Flood-risk mapping for storm-surge events and sea-level rise using LiDAR for southeast New Brunswick. Canadian Journal of Remote Sensing, 32, 194-211.

Publications supplémentaires

Coastal Impacts of Climate Change and Sea-Level Rise on Prince Edward Island / Prince Edward Island (McCulloch et al.)