La Science derrière l’Onde de tempête paralysante de la Super—Tempête Sandy

GOWANUS, BROOKLYN – L’onde de tempête de la Super-Tempête Sandy s’est arrêtée à un peu plus d’un pâté de maisons de chez moi, reflétant presque précisément la frontière de deux zones inondables différentes à proximité sur la carte d’évacuation de New York. Maisons, magasins et entrepôts plus près du canal Gowanus à l’extrémité ouest de Long Island — l’un des sites les plus pollués des États-Unis. en raison d’un héritage industriel associé à des débordements d’eaux usées lors de fortes pluies, qualifiant la boue du fond, les eaux et les terres adjacentes pour la désignation Superfund, les sous—sols et les étages inférieurs ont été transformés en piscines puantes. Les eaux nauséabondes sont restées piégées par des sacs de sable et d’autres précautions antifongiques potentielles, même le lendemain.

Dans toute la région métropolitaine de New York et plus au sud dans le New Jersey, les vents de force ouragan de Sandy ont abattu des arbres et des lignes électriques, causant des dommages estimés à 20 milliards de dollars ou plus. Mais l’impact le plus durable des vents de plus de 74 milles à l’heure a peut-être été la houle massive d’eau qu’ils ont poussée au-dessus de la terre, oblitérant des plages, noyant des trottoirs de bois, remplissant des tunnels de métro, détruisant des infrastructures électriques et détruisant des vies.

Même si cela peut être difficile à croire, l’événement aurait pu être encore plus dommageable. « Ce n’était pas le pire des cas », explique le spécialiste des ondes de tempête Jamie Rhome du Centre national des ouragans (NHC) de la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis. « Le pire des cas aurait été une tempête plus forte avec exactement la même piste » qui est également tombée à terre en même temps que la marée haute. « Cela aurait produit encore plus d’inondations », ajoute-t-il.

Pourtant, les inondations massives de la tempête Sandy sont déjà sans précédent au cours des dernières décennies. Selon les experts, cependant, cela ne fera que devenir plus probable dans les décennies à venir, grâce à une combinaison de géographie locale, de développement côtier vulnérable et d’élévation du niveau de la mer déjà en cours en raison du changement climatique. À l’avenir, il ne faudra pas une tempête frankenstorm comme Sandy pour inonder la région. Compte tenu de cette réalité, la meilleure défense peut être d’accepter l’inévitabilité des inondations et de préparer les infrastructures pour y résister, comme cela est courant dans d’autres régions plus historiquement sujettes aux inondations par ondes de tempête.

Pas la première inondation
La région métropolitaine de New York a, bien sûr, subi des ondes de tempête dommageables tout au long de son histoire, bien que la plupart n’aient pas été aussi graves. Par exemple, en 1960, l’ouragan Donna a pris d’assaut toute la côte est en tant que cyclone tropical de catégorie 2, avec des vents supérieurs à 105 mph. Même si Donna avait des facteurs atténuants – elle est arrivée à marée basse et que cette tempête (comme l’ouragan Irene de catégorie 1 de l’année dernière) a voyagé parallèlement à la côte plutôt que de la frapper de front — ces vents ont poussé suffisamment d’eau de mer dans le port de New York pour provoquer une onde de tempête de plus de six pieds qui a inondé de la même manière des parties de Manhattan.

En revanche, la plus grande poussée de Sandy est le résultat de la trajectoire du cyclone post-tropical, qui a vu la super-tempête se retourner et ensuite écraser la côte du New Jersey, poussant un mur d’eau punissant devant elle sur la côte de Garden State ainsi que vers le nord dans le port de New York.

Comment les vents créent-ils une onde de tempête? Dans un cyclone tropical, la pression atmosphérique est la plus élevée sur les bords et la plus faible au centre. L’air circule, à des vitesses supérieures à 74 mi / h, pour remplir cette zone de basse pression. De plus, la basse pression elle-même contribue à élever le niveau de la mer en dessous, ce qui accentue la poussée là où le centre de la tempête touche terre. L’action des vagues elle-même peut également améliorer l’effet, ajoutant encore plus de hauteur à une onde de tempête lorsque les vagues s’empilent les unes sur les autres.

Il y a un autre facteur important dans l’impact final de la poussée: la géographie côtière. « L’onde de tempête est comme l’immobilier: emplacement, emplacement, emplacement », dit Rhome. Dans le port de New York, la côte environnante a agi comme un entonnoir, canalisant de plus en plus l’eau entrante dans une région de plus en plus étroite. Lorsqu’un volume massif d’eau est confiné de cette manière, « il n’a d’autre choix que de déborder et d’inonder les terres environnantes », note Rhome. Et, dans les endroits où le rivage descend doucement vers la mer, plutôt que de tomber précipitamment, une onde de tempête encore plus importante en résulte. La ville de New York, avec une superficie de quelque 305 miles carrés, est particulièrement vulnérable aux ondes de tempête en raison de ses plus de 500 miles de côtes, de petites baies, de criques et d’autres entonnoirs potentiels qui peuvent canaliser les eaux de mer ascendantes loin à l’intérieur des terres.

L’art de la prédiction des surtensions
Pour faire face à de telles crues, il est important de savoir quelle est la probabilité qu’elles frappent et quelle sera leur hauteur lorsqu’elles débarqueront. L’Unité des ondes de tempête du Centre national des Ouragans base ses projections sur la quantité d’eau qui se déplacera physiquement au-dessus des terres, appelée ligne « humide » au-dessus du niveau de la mer. Bien sûr, les prévisions ne peuvent jamais être parfaites, note Rhome (qui est également un ancien spécialiste des ouragans) de son unité, car les paramètres qui influencent l’onde de tempête changent d’heure en heure: localisation précise de l’atterrissage, force des vents, angle d’approche de la côte, vitesse de déplacement de la tempête, sa taille, entre autres.

En fait, le NHC est l’une des rares installations de ce type au monde à offrir de multiples prédictions d’ondes de tempête pour aider les planificateurs d’urgence à faire face. Cela commence par un modèle informatique qui prend en compte les données sur la côte elle-même, y compris ses contours, ses profondeurs, ses structures naturelles et artificielles, et où les rivières entrent et d’autres facteurs. L’ordinateur simule ensuite l’onde de tempête en fonction de la vitesse du vent d’entrée, de la vitesse de la tempête elle-même et de sa taille totale, qui sont à leur tour basées sur la meilleure projection des spécialistes des ouragans humains du NHC. C’est là que se terminent la plupart des prévisions d’ondes de tempête.

Mais même les meilleurs météorologues avec les meilleurs outils et le plus d’expérience ne peuvent prédire précisément aucune de ces choses, de sorte que le NHC exécute le modèle plusieurs fois avec de multiples variations des entrées de tempête, telles que la vitesse du vent ou la surface totale de la tempête. Le niveau d’une onde de tempête peut changer rapidement avec des fluctuations relativement faibles de ces facteurs. « C’est très délicat », dit Rhome. « Juste un changement subtil dans la météorologie fait une énorme différence. »

Par exemple, l’ouragan Ivan en 2004 a déplacé sa trajectoire et son œil est passé à l’est de la baie de Mobile plutôt qu’à l’ouest, où il était attendu sur la base des prévisions. Ce changement de direction de moins de 30 miles a réduit l’onde de tempête réelle de 10 pieds, selon Rhome, poussant l’eau hors de la baie plutôt que dans celle-ci. « Quiconque pense pouvoir prédire l’atterrissage dans les 30 miles deux à trois jours à l’avance ne sait pas ce qu’il fait », explique Rhome.

Ou prenez Sandy, qui n’est resté que le niveau d’ouragan le plus faible, avec des vents soutenus au—dessus de 74 mph, malgré la pression la plus basse jamais enregistrée pour une tempête au nord de la Caroline du Nord – 943 millibars juste avant l’atterrissage dans le New Jersey. Au lieu de cela, la taille de Superstorm Sandy — avec des vents répartis sur une vaste zone de plus de 1 000 miles carrés – a généré l’énorme montée des eaux océaniques. Pour apprécier la différence, pensez à une tempête plus petite comme à faire passer un doigt dans une baignoire — cela ne perturbera pas beaucoup d’eau — alors qu’une tempête plus grande revient à déplacer un bras entier — vous pouvez faire une houle importante.

En fait, le vaste champ de vent de Sandy pousse toujours l’eau au-dessus des niveaux normaux, même quelques jours après que le centre de la tempête a touché terre.

Le coût d’une meilleure protection
La ville basse de New York, avec tout son développement côtier, est particulièrement vulnérable à ces eaux plus élevées. Dans des régions telles que la côte du golfe et l’est de la Floride où l’activité des ouragans est plus importante, les murs d’inondation, les digues et même les zones humides aménagées aident à réduire les impacts des tempêtes. Il y a des propositions, par exemple, d’étendre une digue autour de Galveston, Tex., pour le protéger des tempêtes de magnitude similaire à l’ouragan Ike de 2008.

Pour protéger complètement Manhattan, il faudrait un mur d’inondation qui soit haut, long et continu, s’enroulant autour de l’île des deux côtés, semblable à la digue de 16 kilomètres de long, de cinq mètres de haut et de près de cinq mètres d’épaisseur (à sa base) le long du rivage de Galveston. À la suite de l’ouragan Donna en 1960, un tel mur de mer a été proposé pour Coney Island — mais jamais construit.

Cela ne veut pas dire qu’un tel mur serait une solution miracle. Même si une telle défense était construite, le mur pourrait également fonctionner pour maintenir l’eau à l’intérieur et à l’extérieur lors de graves inondations, comme cela s’est produit à Galveston après l’ouragan Ike. Une telle approche n’est pas toujours populaire pour d’autres raisons: elle bloque les vues sur l’océan. « Vous avez également un problème esthétique », note le géomorphologue Chris Houser de l’Université Texas A &M.

En théorie, les protections de la nature – zones humides— forêts et îles barrières – pourraient atténuer les impacts des tempêtes. « C’est comme un mur de mer, mais il est fait de sable », explique Houser à propos des îles barrières et de leurs dunes, son principal domaine de recherche. La façon dont de telles îles barrières émergent — leur forme convexe — agit comme une rupture avec les ondes de tempête, par rapport à l’effet d’entonnoir des baies et des criques de forme concave, telles que celles du port de New York. Mais il n’y a pas suffisamment de biens immobiliers disponibles autour de New York pour restaurer les défenses naturelles telles que les zones humides ou les forêts.

Bloquer les effets des futures super-tempêtes nécessitera dans tous les cas des îles barrières plus grandes que la nature. En Louisiane, par exemple, les barrières artificielles seront trois fois plus élevées que les îles naturelles pour protéger les propriétés côtières et les infrastructures pétrolières et gazières. Une île barrière artificielle de taille similaire devrait être élevée dans le port de New York.

Cela laisse des alternatives peut-être trop coûteuses, telles que des barrières de marée comme celle de la Tamise pour protéger Londres ou un système massif de digues, digues et autres structures de contrôle de l’eau, comme celles des Pays-Bas. Mais la barrière de la Tamise a coûté près de 2 milliards de dollars à construire et environ 10 millions de dollars par an à exploiter. Ce genre de barrière de marée est un rêve de certains urbanistes de New York depuis au moins un siècle, voire plus.

S’adapter au changement climatique
Comme si tout cela ne suffisait pas à gérer, il y a l’essai supplémentaire de faire face à l’élévation du niveau de la mer. Deux facteurs majeurs sont à l’œuvre à New York. Tout d’abord, le rebond des terres plus au nord après l’élimination du poids massif des glaciers de l’ère glaciaire a fait sombrer lentement l’île de Manhattan elle-même. Deuxièmement, dans le même temps, les océans ont augmenté de près de trois pouces localement au cours du 20e siècle, selon le U.S. Geological Survey. Ces changements rendront encore plus difficile la création d’une protection durable contre les ondes de tempête. « Vous partez d’un nouveau zéro », dit Rhome. « La même tempête va produire une onde de tempête encore pire dans un futur proche. »

Les Pays-Bas, par exemple, prévoient une élévation de près d’un mètre du niveau de la mer d’ici la fin du siècle, bien que cela se situe au sommet des projections scientifiques. Le plan néerlandais consiste à la fois à renforcer et à rehausser les digues et digues existantes, mais aussi, comme c’est la pratique depuis des centaines d’années, à préparer certaines zones en zones inondables à sécurité intégrée, prêtes à être inondées si nécessaire.

À l’avenir, se préparer à de telles inondations inévitables sera aussi vital — sinon plus important — que de tenter de prévenir de tels événements. « Les chances que Manhattan reçoive une autre onde de tempête sont de plus en plus élevées », note Houser. Les infrastructures – en particulier celles situées sous terre, telles que les tunnels de métro et les équipements vitaux — doivent être prêtes à être inondées. Les générateurs de sous-sol ou les réservoirs de carburant peuvent être déplacés, par exemple, et les pompes dans les tunnels peuvent être protégées afin qu’elles puissent ensuite effectuer leur travail d’élimination de l’eau.

Cela aidera la ville de New York à faire face à de futures super-tempêtes, qui pourraient produire plus d’inondations que Sandy. Heureusement pour la région métropolitaine, ce cyclone post-tropical n’a pas déversé de pluie aux mêmes endroits où il a déversé de l’eau de mer. Lorsque les précipitations et les ondes de tempête se combinent, les inondations seront encore pires. « Certaines tempêtes voient une énorme poussée à l’embouchure d’une rivière en même temps que beaucoup de pluie », explique Rhome. « Ils peuvent se réunir pour produire des résultats incroyablement dommageables. »

En fait, les cartes des zones inondables de la ville de New York, comme des cartes similaires pour les municipalités à travers les États-Unis, sont le résultat direct de la modélisation informatique hors saison pour voir ce qui pourrait se passer dans le pire des cas. Ainsi, la zone A est susceptible d’être inondée par toute tempête de force cyclonique tropicale dans la région, tandis que la zone C nécessite un ouragan majeur avec des vents supérieurs à 110 mph. « La zone C est votre pire scénario », explique Rhome.

Cela est né d’une expérience difficile ici dans la section de la zone C de Gowanus, où même une tempête de pluie typique du nord-est produit des écoulements d’eaux usées dans le canal et, sous des pluies plus fortes, peut voir les rues locales se transformer en rivières. Associez cela au type de poussée d’eau de mer produite par la super-tempête Sandy et des inondations encore plus catastrophiques se produiront. C’est une future ville de New York — et toutes les villes côtières — qui devrait se préparer pour l’instant. La leçon de la tempête Sandy, comme l’a noté le gouverneur de l’État de New York Andrew Cuomo lors d’une conférence de presse à l’occasion de l’Halloween, est « la reconnaissance que le changement climatique est une réalité, les conditions météorologiques extrêmes sont une réalité. C’est une réalité que nous sommes vulnérables. »