Les rouleaux de papier, 13 pouces de large, étirés à 60 pieds de long, donc Stefan Talke a réuni des tables à l'intérieur des Archives nationales pour dérouler les feuilles de gribouillis retraçant la montée et la chute des marées datant d'avant la guerre civile. "C'était fantastique", se souvient-il. "J'ai supposé que ces archives étaient toutes perdues et me voilà avec les clés du palais."
Les enregistrements sont la clé non seulement de la compréhension du passé, mais également de l’avenir de villes comme Wilmington, Caroline du Nord; Jacksonville, Floride; Jamaica Bay, New York et d’autres ports du pays. Sous l'impulsion de ces enregistrements de marée, Talke et ses collègues ont créé des modèles informatiques qui montrent à quel point l'approfondissement des chenaux pour accueillir les cargos peut provoquer des marées plus fortes et une augmentation considérable des inondations provoquées par les ondes de tempête dans certaines villes.
Les parchemins de disques de cette journée de 2011 provenaient d’Astoria, dans l’Oregon, sur le fleuve Columbia, près de Talke, où il est professeur agrégé de génie de l’environnement à la Portland State University et étudie l’hydrodynamique des estuaires, des rivières et des océans. Au cours des prochaines années, Talke et ses collègues ont mis au jour d'autres récits de marées perdus qui couvraient New York, la Caroline du Nord, le Massachusetts, la Floride, le Delaware, la Virginie et d'autres régions côtières. Chaque fois, ils prenaient des photos des archives et rentraient dans l'État de Portland, où les étudiants de Talke transféraient minutieusement ces informations dans une base de données numérique contenant les informations relatives à l'indicateur de niveau des marées tout au long du 19ème siècle. Les premiers enregistrements remontent à Boston dans les années 1820, soit des décennies plus anciennes que celles disponibles auparavant.
Carte côtière et géodésique américaine du fleuve Saint-Jean, datant de 1899. Jacksonville est la petite ville à gauche de l'image. Près de Dame Point, le chenal a été dragué à 18 pieds en 1894. (Talke et al.) Talke a associé cette recherche démodée à une modélisation de haute technologie pour examiner les changements dans les estuaires liés au dragage qui a commencé il y a environ 150 ans dans les villes portuaires. Il se demandait s'il trouverait des effets similaires à ceux qu'il aurait découverts lors d'un projet postdoctoral portant sur l'estuaire de l'Ems, à la frontière de l'Allemagne et des Pays-Bas. En Europe, il a cherché à expliquer pourquoi une augmentation spectaculaire de la concentration de sédiments s'était produite, entraînant un appauvrissement généralisé en oxygène et un désastre écologique. Ce qu’il a appris là-bas, c’est que les marées se sont déplacées et ont presque doublé en quelques décennies. Pourquoi? L'approfondissement, la rationalisation et l'élargissement du chenal de navigation au fil du temps ont entraîné un changement radical de l'hydrodynamique de l'estuaire.
Certaines villes portuaires situées le long des côtes américaines affichent des résultats similaires à ceux de l'estuaire de l'Ems, bien que Talke prévienne que chaque estuaire est différent. À quelques endroits, il a découvert que l'approfondissement du canal avait permis d'atténuer les risques d'inondation. Dans d’autres, les changements survenus pendant plus d’un siècle ont été spectaculaires: ils ont doublé la hauteur prévue des ondes de tempête, bien au-dessus de l’élévation du niveau de la mer, de l’intensité accrue des tempêtes et d’autres facteurs. Les effets, semble-t-il, sont les plus dommageables en amont et loin des côtes - dans des endroits où les gens pensent qu'ils courent moins de risques.
Les documents historiques découverts par Talke sont essentiels à ces résultats. Ils ont permis aux chercheurs d'inverser le rôle habituel des modèles informatiques - prédire l'avenir - et de remonter dans le temps pour examiner le comportement des estuaires et des rivières avant l'approfondissement du chenal. Lorsque leurs modèles reproduisent les marées historiques que l'équipe de Talke a trouvées dans les enregistrements papier, cela leur donne l'assurance que les modèles sont corrects.
"Il s'agit d'une utilisation judicieuse de documents d'archives qui peuvent résoudre des problèmes importants passés inaperçus et donner une idée de la sensibilité d'un système tel qu'un estuaire à l'évolution des conditions", déclare M. Talke. "En plus d'un siècle, nous avons considérablement modifié la topographie sous-marine de nos ports et de nos estuaires. Nous avons littéralement déplacé des montagnes de terre, explosé des monts sous-marins, redressé des vallées et créé des autoroutes pour de très grands navires. Ces modifications nos ports sont omniprésents dans le monde entier, avec des effets que nous n'avons pas encore pris en compte, ni même cartographiés, dans de nombreux cas. "
L'un de ces endroits est Wilmington, en Caroline du Nord, où l'une des inondations les plus ensoleillées du pays est l'une des plus importantes du pays - plus de 80 jours par an récemment. Les relevés de Talke datant de 1887 montrent que l'amplitude des marées à Wilmington a doublé au cours des 130 dernières années, modifiant de manière significative la fréquence des inondations dites nuisibles.
Près de la côte, les marées n’ont augmenté que légèrement, signe que les changements sont causés par des modifications artificielles de la rivière. À l'aide d'une modélisation informatique, Talke et un étudiant, Ramin Familkhalili, ont déterminé que la pire vague de tempête attendue d'un ouragan de catégorie 5 est passée de 12 à 12 mètres au 19ème siècle, lorsque les canaux autour de Wilmington étaient à la moitié de la profondeur d'aujourd'hui. .
Un porte-conteneurs passe près de l'île Bald Head, en Caroline du Nord, en route vers le port de Wilmington le jeudi 8 août 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) L'ouragan Florence a inondé la ville en septembre. "Je pense que vous pouvez dire qu'une partie de l'inondation a probablement été causée par des modifications du système", a déclaré Talke. Il note que Wilmington a profité d’être du côté de l’ouragan avec des vents soufflant au large, ce qui a amorti l’onde de tempête. Pour bien comprendre, ajoute-t-il, les chercheurs devraient créer un modèle complet incluant les précipitations et le champ éolien.
Alors que les navires porte-conteneurs sont de plus en plus grands, stimulés par l’approfondissement du canal de Panama, les ports du monde entier ont dragué des canaux de plus en plus profonds - jusqu’à 50 pieds ou plus pour les ports de New York, Baltimore, Norfolk, Charleston et Miami. Les études de faisabilité relatives à ces projets, y compris les analyses effectuées par le Corps of Engineers de l'armée, examinent les perspectives économiques et certains impacts environnementaux, mais ont ignoré les effets de l'approfondissement des chenaux sur les changements de marée, les inondations et les ondes de tempête. Au niveau mondial, des projets de dragage sont en cours pour le fleuve Elbe et le port de Hambourg, le plus grand port d’Allemagne; Rotterdam, le plus grand port d'Europe; et le port coréen de Busan, entre autres.
Dans certains endroits, l’effet a été d’inviter l’océan à exposer les villes, à des dizaines de kilomètres en amont, à des marées extrêmes et à des inondations. Mais comment l'approfondissement des chenaux peut-il augmenter l'amplitude des marées et donc les ondes de tempête et les inondations? Il y a deux facteurs principaux.
Le dragage lisse le fond d'un chenal, éliminant ainsi les obstacles naturels tels que les dunes, les rochers, les herbes et les parcs à huîtres qui gênent l'écoulement, le transformant d'un sentier accidenté en une piste NASCAR glissante. Sans cette traînée sur le débit d'eau, moins d'énergie est perdue, ce qui augmente la marée montante et les ondes de tempête. L'approfondissement des canaux diminue également les effets de la turbulence. L'eau lente au fond ne se mélange pas autant avec une eau rapide près de la surface (pensez au vieil adage qui dit que les eaux calmes sont profondes), donc les eaux de surface glissent essentiellement sans être ralenties autant.
Talke et ses collègues ont également constaté que l'inverse de l'approfondissement du canal peut être vrai. Dans un article de 2015, ils ont modélisé les effets de la faible profondeur de la baie de la Jamaïque à New York et découvert que la restauration du chenal à une profondeur naturelle et historique diminuerait l'amplitude des marées et les ondes de tempête.
«Des interventions d'ingénierie directes et des modifications de nos côtes, de nos estuaires et de nos ports peuvent avoir un impact considérable», déclare Talke. "Nous pouvons réellement changer la physique du système."
Geopotes 14, une drague suceuse traînante, tire son essor d'un canal aux Pays-Bas. Le navire peut draguer à une profondeur de 33, 8 mètres et même plus profondément avec une extension. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Malgré les tendances générales, chaque endroit est différent. Chaque tempête est différente. L’approfondissement des canaux, par exemple, diminue l’effet des vents entraînant la montée des eaux dans un estuaire. L’approfondissement des chenaux à certains endroits peut n’avoir aucun effet ou même atténuer les ondes de tempête et les inondations, ce qui, selon les chercheurs, semble être le cas à Portland (Oregon) et à Albany (New York). Dans ces endroits, la réduction de la pente des rivières due au dragage des canaux a eu une plus grande influence que l'approfondissement des canaux.
Mais à Jacksonville, les projets d'augmentation de la profondeur du chenal à 47 pieds ont fait l'objet de controverses à la suite des inondations provoquées par l'ouragan Irma, une tempête de catégorie 1 en 2017 qui a atteint des niveaux de surtension historiques bien qu'elle se soit produite à marée basse. St. Johns Riverkeeper, un groupe environnemental local, a intenté une action en justice pour faire cesser le dragage. Au cours des 120 dernières années, le chenal de la rivière St. Johns, qui se rétrécit au fur et à mesure qu'il traverse le centre-ville à 26 milles de l'océan, a été dragué à une profondeur de 41 pieds sur 18 pieds. À l'instar de Wilmington, l'approfondissement du chenal et la rationalisation de la rivière ont presque doublé l'amplitude de la marée autour de Jacksonville, selon Talke.
Carl Friedrichs, directeur du département des sciences physiques de l'Institut des sciences de la mer de Virginie, qui fait partie du College of William & Mary, a déclaré que Talke était un chef de file dans l'utilisation des relevés historiques des marées pour examiner les changements des systèmes côtiers. "J'ai été très impressionné par le travail que j'ai vu", a déclaré Friedrichs. "L'un des thèmes de son travail qui est vraiment génial est qu'il décrit des retours non linéaires inattendus, où vous pensez qu'une chose se passe, mais qu'il se passe une cascade d'autres choses."
L’approfondissement des canaux, par exemple, entraîne le déplacement des sédiments vers des endroits inattendus, bouillant littéralement les eaux, et augmente également l’intrusion d’eau salée dans les rivières d’eau douce, ce qui a des effets en cascade. Christopher Sommerfield, océanographe côtier et géologue à l'Université du Delaware, a publié des articles avec Talke et d'autres sur la baie de Newark et la baie de Delaware. Selon Sommerfield, dans l’estuaire du Delaware, l’approfondissement des canaux a augmenté la salinité en amont, plus près de Philadelphie et de Trenton. Lorsque la conduite de sel remonte en amont, elle ne modifie pas seulement la vie marine mais menace l'approvisionnement en eau douce de Philadelphie (la rivière Delaware) ainsi que pour les industries qui utilisent l'eau (l'eau de mer est extrêmement corrosive). En outre, selon Sommerfield, le dragage de maintenance élimine les sédiments qui formaient jadis des vasières et des marais le long de la rivière - des caractéristiques importantes pour amortir l’énergie des vagues.
Dans un article récent, Talke et ses collègues auteurs soutiennent que les communautés côtières vulnérables sous-estiment peut-être l'impact combiné des changements de marées, de la force des vagues, de la perte de zones humides et de l'élévation du niveau de la mer. "Je pense que les gens commencent à prendre conscience du fait que la marée ne se limite pas à une marée basse, ni à une onde de tempête ni à l'élévation du niveau de la mer", dit-il. "Vous ne pouvez pas tous les traiter indépendamment, les additionner et obtenir le changement du risque. Vous devez les prendre en compte conjointement."
Pour Talke, la question est maintenant de savoir comment ces indices jadis enveloppés par le passé peuvent façonner un avenir plus sûr. "Vous avez cet effet variable là où il y a, en un sens, des gagnants et des perdants. Il y a des endroits comme Albany où les risques diminuent et d'autres où le risque augmente fortement", dit-il. "Ce qui m'inquiète, c'est que nous n'avons pas vraiment enquêté sur cette question, nous ne savons donc pas quelles régions seront les plus touchées et quelles régions sont un peu plus protégées.
"En apprenant du passé", ajoute Talke, "nous pouvons mieux préparer l'avenir".
