Situé sur la côte nord-est du Brésil, l'estuaire de l'Amazone relie le vaste bassin versant du fleuve à l'océan Atlantique. Depuis les années 1990, le cycle hydrologique de l'Amazone s'est intensifié, marqué par la survenue répétée de crues et de sécheresses extrêmes. Cette variabilité extrême du cycle hydrologique menace les écosystèmes estuariens ainsi que les populations riveraines. Dans ce contexte, cette thèse a étudié la dynamique des niveaux d'eau extrêmes au sein de l'estuaire face aux récentes anomalies climatiques, ainsi que les conséquences socio-économiques de ces événements extrêmes pour les populations riveraines.
Pour appréhender l'hydrodynamique complexe à l'œuvre dans l'estuaire de l'Amazone, nous avons utilisé un modèle hydrodynamique non linéaire à haute résolution basé sur le code SCHISM en mode 2D. Un vaste réseau de marégraphes in situ et altimétriques a été développé pour calibrer et valider ce modèle. Grâce à diverses simulations numériques, nous avons pu séparer les rôles respectifs du débit du fleuve Amazone, de la marée et du vent dans la genèse des maxima de niveau d'eau. Dans des conditions de débit climatologiques, notre étude a révélé que l'influence du débit de l'Amazone se concentre principalement sur les 100 premiers kilomètres en amont de l'estuaire. À l'inverse, la marée contribue largement à la formation des niveaux maximaux sur les 400 kilomètres situés le plus en aval. Le vent joue également un rôle important dans tout l'estuaire, provoquant une surcote positive allant de quelques centimètres à plus de 30 cm. Lors de crues extrêmes, telles que celle de 2021, la zone où le débit prédomine s'étend des 100 premiers kilomètres aux 480 kilomètres en amont de l'estuaire. La dynamique des minimums de niveau d'eau diffère sensiblement de celle des maxima, étant principalement gouvernée par la marée sur l'ensemble de l'estuaire. La sécheresse extrême de 2024 a toutefois entraîné une modification du régime hydrodynamique sur les 570 kilomètres en amont, le déficit de débit de 2024 devenant alors le principal facteur déterminant les minimums de niveau d'eau sur ce tronçon. L'impact de crues extrêmes comme celle de 2021 dans la moitié amont de l'estuaire peut altérer le timing, la durée et l'intensité de saisonnalité du débit dans les plaines inondables, menaçant ainsi leur écologie et leur biodiversité, ainsi qu' accroître les risques d'inondation riveraine. À l'inverse, les sécheresses extrêmes peuvent compromettre la navigabilité de l'estuaire et isoler les communautés riveraines. Nous avons également étudié l'effet causal des extrêmes hauts de niveau d'eau sur les populations riveraines entre les recensements de 2000 et 2010. Notre approche économétrique a révélé que les événements extrêmes identifiés ont provoqué une émigration importante à proximité immédiate du cours d'eau (dans un rayon de 0 à 2 km). Plus à l'intérieur des terres (entre 2 et 20 km), nous avons observé une intensification notable de l'activité économique, se traduisant par une hausse des revenus moyens. L'absence d'augmentation démographique significative correspondante dans cette zone plus éloignée indique que ce dynamisme économique ne saurait s'expliquer par un simple transfert des populations déplacées depuis les zones riveraines. Plutôt qu'un effet de débordement démographique direct, ce phénomène suggère une restructuration économique locale plus complexe. Par ailleurs, les zones situées au-delà de 20 km semblent totalement épargnées par les conséquences de ces niveaux d'eau extrêmes. |
Situated on the northeastern coast of Brazil, the Amazon estuary connects the vast Amazon watershed to the Atlantic Ocean. Since the 1990s, the water cycle of the Amazon has intensified, with the occurrence of repeated extreme floods and extreme droughts. This extreme variability of the water cycle threatens the estuarine ecosystems and the population that lives at the riverbanks of the estuary. In this context, this PhD investigated the dynamics of extreme water levels across the estuary in the context of the recent climatic anomalies, and the socio-economic consequences of these extreme events on the riparian population.
To solve the complex hydrodynamics at play in the Amazon estuary, we used a seamless, high resolution and non-linear hydrodynamic model of the estuary based on SCHISM in depth-averaged mode. To calibrate and validate the model, an extensive network of in situ and virtual altimetric tide gauges was developed. From various numerical simulation experiments, we were able to disentangle the role of the Amazon River discharge, the tide and the atmospheric wind in the occurrence of maximum water levels. Under climatological discharge conditions, our study revealed that the role of the Amazon discharge is prominently concentrated in the upper 100 km of the estuary. Conversely, the tide contributes largely to the generation of water level maxima in the most-downstream 400 km. The atmospheric wind plays also an important role across the estuary, inducing a positive surge from a handful of centimeters to more than 30 cm. Extreme floods like the 2021 event shift the region of discharge dominance from the upper 100 km of the estuary to the upper 480 km. The minimum water level dynamics are quite different, with a tidally-governed regime across the whole estuary. During the 2024 extreme drought, it induced a change in the hydrodynamic regime over the upper 570 km of the estuary, where the important discharge deficit of 2024 became the main contributor to minima over this portion. The imprint of the extreme floods like the 2021 event in the upper half of the estuary can alter the timing, duration and intensity of the flood pulse in the floodplains which threatens their ecology and biodiversity, and increase the risk of riverine flooding hazard. Conversely, extreme droughts can threaten the navigability of the estuary and isolate riparian communities. We also studied how extreme high water level events affect the riparian population between the census waves of 2000 and 2010. Our econometric approach showed that the extreme events identified triggered an important out-migration in the proximity of the river (0 to 2 km). More inland (2 to 20 km), we measured a significant boost in economic activity, reflected by higher average incomes. Because we do not observe a corresponding significant population increase in this far-river band, this economic boost cannot be explained by a simple, strict relocation of displaced near-river populations. Rather than a direct demographic spillover, this suggests a more complex local economic restructuring. Moreover, areas beyond 20 km appear entirely insulated from the impact of the extreme water level hazard. |