EO4Intertopo

Observation de l’évolution de la topographie des zones intertidales côtières depuis l’espace dans le cadre du changement climatique

Présentation

Contexte

Les régions côtières sont de plus en plus vulnérables aux effets de changement climatique. Il est devenu impératif de mettre en place des stratégies de gestion côtière efficaces pour atténuer ces risques et protéger les communautés et les écosystèmes côtiers. Les zones intertidales, situées à l'interface entre la terre et la mer, constituent l'une des zones tampons naturelles les plus importantes pour la protection des régions côtières. Ces zones couvrent environ 127 000 km² dans le monde (Figure 1). Il s’agit de zones très productives, caractérisées par une forte biodiversité et qui offrent une protection naturelle contre les tempêtes et les inondations côtières (Murray et al. 2019). Les interventions humaines (développement côtier, dragage, barrages en amont, pollution, etc.) ont mis ces environnements sous forte pression. Une étude récente menée par Murray et al. (2019) a montré que les zones intertidales mondiales ont diminué en superficie de 16 % entre 1984 et 2016. L'apport réduit de sédiments par les fleuves, la subsidence des deltas, l'amplification de l'érosion côtière et l'élévation du niveau de la mer induisent une trajectoire négative continue pour ces écosystèmes dans le monde entier. De plus, ces environnements semblent particulièrement vulnérables face à l'élévation actuelle et à son accélération future mais aussi à l’intensification des tempêtes. En réponse à ces différents processus océanographiques et hydrologiques, les écosystèmes intertidaux sont très fortement dynamiques. Le suivi de la dynamique des zones intertidales est donc crucial pour la mise en œuvre de mesures de défense côtière durables et la préservation d'habitats écologiques.

Figure 1. Distribution des zones intertidales (en orange) à l'échelle mondiale © Murray et al., 2019/Edward Salameh

La Normandie se situe dans un environnement macrotidal à mégatidal particulièrement difficile à suivre avec une forte variation des niveaux d’eau (un marnage qui peut dépasser les 10 mètres et plus comme par exemple dans la Baie du Mont-Saint-Michel où il peut grimper jusqu'à 15 m en cas de très fort coefficient de marée). En Normandie, les milieux intertidaux constituent un environnement côtier majeur avec des forts enjeux économiques et sociétaux pour la région. En effet, un ensemble d'activités économiques (e.g. activités de pêche et d’ostréiculture, conchyliculture, le développement portuaire, etc.) et touristiques s'appuie sur ces systèmes complexes et menacés (e.g., baie du Mont Saint Michel, Estuaire de la Seine).

Objectifs

EO4Intertopo est un projet qui exploite les données satellitaires, en particulier l'imagerie optique et radar, pour fournir une cartographie et un suivi précis des zones intertidales le long de la côte Normande. En étudiant les changements morphologiques dans ces zones, le projet vise à soutenir une prise de décision éclairée et à faciliter des pratiques de gestion côtière proactives pour un avenir résilient et durable.

Les principaux objectifs de ce projet seront :

1. Cartographie complète de la topographie et du substrat (e.g., vase, sable, galets, roches, etc.), des milieux intertidaux et l’évolution de la topographie pour toute la côte Normande à partir des données satellitaires (capteurs optiques, micro-ondes et lasers embarqués sur des satellites d'observation de la Terre) ;

2. Identification de l’évolution des zones intertidales (érosion-accumulation) en lien avec les forçages actuels et les possibles conséquences du changement climatique (élévation du niveau des mers et tempêtes) ;

3. Génération de produits issues des données satellitaires qui serviront d’outils de sensibilisation et d’aide à la décision des acteurs du territoire.

Méthodologie

Mesurer la topographie intertidale depuis l’espace est communément effectué en utilisant la méthode de la ligne d’eau (Figure 2) proposée par Mason et al. (1995). Depuis, différentes approches d’application de cette méthode ont été mises en place, comme la méthode développée et publiée par Salameh et al. (2020). Cette méthode utilise l’imagerie multispectrale, mais aussi l’imagerie radar. N’étant pas affectés par le couvert nuageux, les capteurs radars (e.g., Sentinel-1) améliorent significativement l’échantillonnage temporel, ce qui permet de fournir des MNE (modèles numériques d’élévation) plus précis. Le traitement se basera sur les travaux de Salameh et al. (2019, 2020, 2021) où un développement méthodologique a été mis en place pour le suivi de deux baies intertidales : Le bassin d’Arcachon et la Baie des Veys en Normandie.

Figure 2. Schéma illustrant la méthode de la ligne d'eau © Salameh et al. (2020)

Site(s) d’application

L’ensemble du littoral de la région Normandie, France

Données

Satellite

• Sentinel-1
• Sentinel-2
• Série Landsat
• Pléiades
• Icesat-2
• SWOT

Données modélisées et observations in-situ

• Les sorties du modèle hydrodynamique Hycom fournis par le SHOM (Niveau d’eau + Surcote)
• Le modèle de marée FES (LEGOS)
• Les observations effectuées par les marégraphes le long de la côte Normande
• Des observations lidar aérien (données topo-bathymétriques et orthophotographiques récurrentes du ROL, Réseau d’Observation du Littoral, sur l’ensemble du littoral Normand et des Hauts de France couvrant l’estran à marée basse de vive eau).

Résultats – Produit(s) final(aux)

L'objectif du projet est de fournir aux acteurs du territoire, ainsi qu'aux chercheurs travaillant dans les environnements côtiers, des données topographiques intertidales précises couvrant une vaste superficie et un logiciel permettant de générer automatiquement des cartes topographiques intertidales à partir des données satellitaires, afin d'assurer la continuité des observations.

Le projet comprendra les éléments suivants :

• La délimitation des zones intertidales normandes à partir des données satellitaires, sous forme de fichiers shapefile ;

• Des cartes topographiques annuelles (depuis 2016 jusqu'en 2025) des zones intertidales normandes, essentielles pour la modélisation de l’hydrodynamique côtière et le suivi morpho-sédimentaire des zones côtières ;

• Des cartes d'érosion et d'accrétion interannuelles (+ bilan sédimentaire), et donc l'identification des zones sensibles à l'érosion ;

• Les algorithmes développés et utilisés, ainsi que les données produites, seront mis à disposition des acteurs du territoire, accompagnés de documentation et de guides d'utilisation via l’atlas numérique de la plateforme du Réseau d'observation du littoral de Normandie et des Hauts-de-France et la plateforme numérique multirisque de l'institut T.URN des transitions de l'université de Rouen Normandie.

Références

• Salameh, E., Frappart, F., Desroches, D., Turki, I., Carbonne, D., & Laignel, B. (2021). Monitoring intertidal topography using the future SWOT (Surface Water and Ocean Topography) mission. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 23.

• Salameh, E., Frappart, F., Turki, I., & Laignel, B. (2020). Intertidal topography mapping using the waterline method from Sentinel-1 & -2 images: The examples of Arcachon and Veys Bays in France. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 163.

• Murray, N. J., Phinn, S. R., DeWitt, M., Ferrari, R., Johnston, R., Lyons, M. B., Clinton, N., Thau, D., & Fuller, R. A. (2019). The global distribution and trajectory of tidal flats. Nature, 565(7738), 222–225.

• Salameh, E., Frappart, F., Almar, R., Baptista, P., Heygster, G., Lubac, B., Raucoules, D., Almeida, L. P., Bergsma, E. W. J., Capo, S., de Michele, M. D., Idier, D., Li, Z., Marieu, V., Poupardin, A., Silva, P. A., Turki, I., & Laignel, B. (2019). Monitoring Beach Topography and Nearshore Bathymetry Using Spaceborne Remote Sensing: A Review. Remote Sensing, 11(19).

• Mason, D. C., Davenport, I. J., Robinson, G. J., Flather, R. A., & Mccartney, B. S. (1995). Construction of an inter-tidal digital elevation model by the “water-line” method. Geophysical Research Letters, 22(23), 3187–3190.