EO4Intertopo

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

Projet terminéLe projet EO4Intertopo a produit des modèles numériques d'élévation intertidale annuels sur la période 2016-2025, des cartes de classification du substrat, des cartes d'érosion-accrétion et bilans sédimentaires associés, sur l'ensemble du littoral normand. Ces produits sont accessibles via deux applications en ligne développées sur Google Earth Engine : l’application EO4Intertopo et l’application Wateroccmap.

◀︎ Animation 3D de la Baie des Veys en Normandie : entre le flux des marées hautes et le retrait des marées basses. © CNRS/Edward Salameh

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.

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 issus des données satellitaires qui serviront d’outils de sensibilisation et d’aide à la décision des acteurs du territoire.

Méthodologie

Les modèles numériques d'élévation intertidale sont désormais générés par la méthode de l'occurrence de l'eau. À partir d'une série d'images Sentinel-2, chaque image est segmentée en masque eau/terre. La fréquence d'apparition de l'eau sur la série temporelle, calculée pixel par pixel, forme la carte d'occurrence de l'eau (Figure 2). Cette carte est directement interprétée comme une probabilité empirique de dépassement du niveau de marée (F). En couplant cette probabilité à un modèle de hauteur d'eau (FES2022, HYCOM), une relation h = f(F) est établie, permettant d'inverser la fréquence d'occurrence en élévation. Cette méthode succède à la méthode de la ligne d'eau (Mason et al., 1995 ; Salameh et al., 2020), utilisée au début du projet. Elle permet une application plus rapide à grande échelle, chaque pixel étant traité séparément, y compris dans les chenaux étroits, là où la ligne d'eau ne peut pas être tracée en continu.

Figure 2. Méthode de l'occurrence de l'eau appliquée à la génération des modèles numériques d'élévation intertidale.

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)

Le projet a fourni aux acteurs du territoire, ainsi qu'aux chercheurs travaillant dans les environnements côtiers, des données topographiques intertidales précises couvrant l'ensemble du littoral normand, ainsi que deux applications en ligne permettant de consulter et générer ces produits à partir des données satellitaires. ► Figure 3. Vue d'ensemble du flux de traitement du projet : données, méthodes et produits.

Le projet comprend les éléments suivants :

• Des cartes topographiques annuelles (2016-2025) des zones intertidales normandes ;
• Des cartes de classification du substrat (six classes : eau, sable, sable vaseux/vase, rocher, galet, ombre) ;
• Des cartes d'érosion et d'accrétion interannuelles (+ bilan sédimentaire), et donc l'identification des zones sensibles à l'érosion ;
• Un catalogue des tempêtes identifiées à partir des données de vagues (ERA5);
• Les algorithmes développés et les données produites sont accessibles via les deux applications Google Earth Engine ci-dessous, et seront mis à disposition via l'atlas numérique du Réseau d'Observation du Littoral de Normandie et des Hauts-de-France et la plateforme T.URN de l'université de Rouen Normandie.

L’application EO4Intertopo :
 https://ee-eo4intertopo.projects.earthengine.app/view/eo4intertopo

Application en ligne permettant d'analyser l'évolution des zones intertidales normandes : 

• Afficher les tendances d'érosion et d'accrétion (2017-2024) et les hotspots significatifs sur l'ensemble du littoral normand ;
• Dessiner une zone d'intérêt et lancer une analyse dédiée sur cette zone (tendance, hotspots, bilan sédimentaire) ;
• Consulter les modèles numériques d'élévation intertidale par source et par année ;
• Visualiser la classification du substrat par année ;
• Consulter les données de vagues ERA5 en un point donné, avec identification des tempêtes ;
• Extraire des profils topographiques.

Figure 4. Tendances d'érosion-accrétion (2017-2024) et hotspots significatifs identifiés sur l'application EO4Intertopo, illustrés sur deux secteurs du littoral normand.

L’application Wateroccmap :
 https://ee-eo4intertopo.projects.earthengine.app/view/wateroccmap

L'application Waterocc permet aux utilisateurs d'appliquer eux-mêmes la méthode d'occurrence de l'eau sur le littoral normand, au-delà de la période 2016-2025 couverte par les produits déjà générés : sélection d'une zone d'intérêt en Normandie, calcul de la carte d'occurrence de l'eau à partir d'une série d'images Sentinel-2, et inversion en élévation par couplage avec un modèle de hauteur d'eau.

Perspectives

Les méthodes développées dans EO4Intertopo sont étendues à l'ensemble du littoral français dans le cadre de la thèse InterTideFrance, débutée en octobre 2025.

Références

EO4Intertopo sur GEO Knowledge Hub du Group on Earth Observations (GEO), un référentiel numérique pérenne : https://doi.org/10.60566/rw2r0-t3e43

• Salameh, E., Desroches, D., Deloffre, J., Fjørtoft, R., Mendoza, E. T., Turki, I., Froideval, L., Levaillant, R., Déchamps, S., Picot, N., Laignel, B., Frappart, F. (2024). Evaluating SWOT's interferometric capabilities for mapping intertidal topography. Remote Sensing of Environment, 314, 114401.

• 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.

Projet(s) lié(s)

SCOast-DT, les jumeaux numériques pour l’étude et l’adaptation des zones côtières

Les actus du projet

• 🎥 27/03/2025 : Présentation du projet EO4InterTopo et de ses avancées lors de la 16^ème Trimestrielle du SCO France « Cordons littoraux : enjeux et solutions »
• 12/11/2024 : EO4InterTopo automatise la cartographie topographique intertidale