Axe 1 : Protection du littoral, des berges de Loire et de leurs ouvrages associés

Responsable : Marc Robin Pays de la Loire

L'axe 1 a visé à proposer une stratégie de surveillance en combinant observations du littoral par télédétection aéroportée, modélisation des transferts sédimentaires et auscultation des remparts naturels et artificiels. Cette action a été intégrée en partie au réseau national (SOERE Systèmes d'observation et d'expérimentation au long terme pour la recherche en environnement) "trait de côte" en 2012 puis dans le Service National d'Observation labellisé par l'Institut National des Sciences de l'Univers (SNO Dynalit). L'axe 1 s'est subdivisé en 4 actions : l'action 1.0 a consisté à mettre en place un consortium OSUNA-OSUR (OSU de Rennes) de pilotage de la plateforme de télédétection aéroportée LiDAR complète commune entre l'OSUNA et l'OSUR. L'action 1.1 a visé à utiliser en zones littorale et estuarienne le LiDAR (couplé à des enregistrements hyperspectraux) pour l'acquisition d'informations topographiques très fines sur diverses interfaces : en zone rétro-littorale (en milieu dunaire), au niveau des plages, des avant-plages et des petits fonds avant-littoraux (en Vendée et dans l'estuaire de la Loire). L'action 1.2 « Géophysique appliquée au suivi et à la surveillance des défenses côtières et des protections des berges de Loire contre les inondations » a aussi été menée à son terme avec le développement de la méthode d'IRE (Imagerie de Résistivité Electrique) utilisée conjointement avec d'autres informations géophysiques, géologiques, topographiques, hydrogéologiques, géotechniques et météorologiques, appliquée à deux sites ateliers : une levée de Loire près de Saumur et un cordon dunaire de l'île de Noirmoutier (Luzéronde). L'action 1.3 : « Suivi du trait de côte » a permis la stabilisation de la connaissance de la bande côtière en matière d'évolution sur le long terme, le moyen terme et le court terme avec des avancées sur la connaissance de la dynamique long terme du trait de côte dans le contexte d'élévation du niveau de la mer et de recrudescence des tempêtes et de la résilience court terme suite à des évènements météo-marins extrêmes.

Action 1.0 Consortium OSUNA-OSUR de pilotage de la plateforme LIDAR Pays de la Loire - Bretagne

Patrick Launeau (OSUNA) Laurence Hubert-Moy (OSUR)

Par son action 1.0, cet axe a permis la mise en place d'une plateforme de télédétection aéroportée LiDAR complète commune entre l'OSUNA et l'OSUR (OSU de Rennes). L'acquisition de ce LiDAR est à mettre pour moitié au crédit de RS2E et un consortium est en train d'être mis en place entre les Universités de Nantes (OSUNA), de Rennes 1 (OSUR) et un partenaire  privé (FIT-Conseil) afin de faciliter la poursuite des campagnes d'acquisition à l'aide de ce LiDAR : celui permet d'appréhender la topographie fine, le sol et le surcol (épaisseur des objets constituant le sursol comme la végétation par exemple) et la bathymétrie sur les petits fonds marins et dans les rivières.

Action 1.1 Cartographie par LIDAR  Marc Robin

L'imagerie LiDAR, couplée à une imagerie optique (hyperspectrale par exemple), permet la mise à jour annuelle et post tempête des modèles numériques de topographie et d'élévation en zones sensibles (vasières / plages / cordons dunaires). Les dégâts engendrés par la tempête Xynthia avaient mis en lumière une double déficience au niveau du littoral régional 1) une déficience de certaines défenses côtières artificielles - mal adaptées et/ou fragilisés (digue) - et en certains endroits naturelles (cordon dunaire avec brèche correspondant à une disparition du service protection de ces édifices naturels) 2) une déficience en matière de connaissance fine de la topographie - risque potentiel ou réel de submersion - que le dispositif Litto3D a partiellement comblé. En zone littorale, Le LiDAR permet maintenant l'acquisition d'informations topographiques très fines sur diverses interfaces : en zone rétro-littorale et en ce qui concerne RS2E, en milieu dunaire, il permet d'obtenir (i) la topographie fine du sol (ii) la topographie du sursol et plus particulièrement de l'enveloppe végétale. On peut en tirer des informations sur l'état de stabilité du système dunaire. Au niveau du contact plage/dune, il permet de préciser des indicateurs de forme renseignant sur l'état de ce contact (en érosion, en accrétion). Au niveau des plages, il permet un suivi (érosion, engraissement) à condition d'effectuer des survols réguliers ou à l'issue d'évènements météo-marins morphogènes. Au niveau de l'avant plage et des petits fonds, à conditions de bénéficier d'un enregistrement, la topographie des petits fonds jusqu'à la profondeur quasiment de fermeture devient envisageable et permet de pallier l'absence de données ou de mettre à jour d'anciennes données sur les très petits fonds. Dans le cadre de RS2E, nous avons récupéré les données LiDAR de 2008 enregistrée dans le cadre du programme régional Gerrico, les données LiDAR litto3D enregistrée en 2010 et nous avons travaillé à partir de la campagne d'acquisition couplée LiDAR/Hyperspectrale de 2013 et de celle de 2015. Des résultats très significatifs ont été obtenus dans 4 registres méthodologiques : a) le développement de méthodes d'extraction de géoindicateurs de dynamique côtière : b) le développement d'un outil de géotraitement global ; c) le développement de méthodes en traitement du signal LiDAR avec la création d'une voxelisation pouvant être mise en relation avec les données hyperspectrales.

Action 1.2 Géophysique appliquée au suivi et à la surveillance des défenses côtières et des protections des berges de Loire contre les inondations Philippe Cote
sous-action 1.2.1 suivi digue Saumur Sergio Palma-Lopes
sous-action 1.2.2 suivi domain dunaire Sergio Palma-Lopes

Cette action a aussi été menée à son terme avec le développement de la méthode d'IRE (Imagerie de Résistivité Electrique) utilisée conjointement avec d'autres informations géophysiques, géologiques, topographiques, hydrogéologiques, géotechniques et météorologiques, appliquée à deux sites ateliers : une levée de Loire près de Saumur et un cordon dunaire de l'île de Noirmoutier (Luzéronde).  Le premier site, un ouvrage anthropique, est instrumenté depuis 2008 et son suivi temporel a repris en 2012 dans le cadre du présent projet. Le second site, naturel, a été caractérisé puis instrumenté au cours de RS2E. Ces deux sites très différents ont permis de développer des outils méthodologiques spécifiques, mais avec une trame commune. Concernant l'imagerie à un instant donné, une approche d'IRE conventionnelle à deux dimensions (2D) ne suffit pas dans ce cadre pour prendre en considération la complexité des objets d'étude. Une approche IRE 3D complète n'est économiquement pas viable, si l'on tient compte du coût que cela implique pour un gestionnaire, et des limites d'accessibilité de nos deux sites. C'est pourquoi on a étudié et adapté ici une méthodologie intermédiaire appelée IRE 3D-. Celle-ci consiste à reconstruire un modèle 3D à partir de jeux de données et avec un coût global comparable à ceux d'une approche IRE 2D conventionnelle. Pour « compenser » le manque de donnée (par rapport à une approche IRE 3D complète), les efforts ont été concentrés sur l'ajout d'informations a priori pour contraindre la reconstruction des modèles. Concernant le suivi temporel, c'est essentiellement une approche différentielle 2D (conventionnelle) qui est adaptée à chaque site et évaluée. La démarche scientifique a consisté en a) un état de l'art : méthodes géophysiques dont l'IRE, nature et comportement des digues fluviales et dunes côtières, archives et études antérieures des deux sites ateliers ; b) une observation systématique des deux sites ateliers : caractérisation géophysique et géotechnique et autres observations, mise en place d'instrumentations à demeure, campagnes de suivi ; c) un développement méthodologique à partir de moyens numériques appliqués aux données d'observation, suivant une trame commune mais largement adaptée aux échelles spatiales et temporelles de chaque site, suivant deux axes : 1- imagerie : approche dite IRE 3D- à partir d'un concept et d'un code développés récemment, sous environnement MATLAB et COMSOL Multiphysic ; 2- suivi temporel : conception de protocoles de suivi et analyse temporelle parIRE 2D avec le logiciel commercial RES2DINV.

Action 1.3 Suivi du trait de côte Paul Fattal
sous-action 1.3.1 cinématique par suivi des profils de plage DGPS Paul Fattal
sous-action 1.3.2 cinématique du trait de côte par photographie aérienne et méthode DSAS Martin Juigner, Marc Robin
sous-action 1.3.3 limite de végétation Antoine Ba, Patrick Launeau, Françoise Debaine, Marc Robin
sous-action 1.3.4 Bathymétrie, physionomie des petits fonds, modélisation hydrodynamique Mohamed Maanan, Agnès Baltzer, Nicolas Rollo, Baptiste Le Mauff, Paul Fattal
sous-action 1.3.5 synthèse spatiale par outil de géotraitement global Martin Juigner, Marc Robin

Cette action a permis la stabilisation de la connaissance de la bande côtière en matière d'évolution sur le long terme, le moyen terme et le court terme avec des avancées sur la connaissance de la résilience. Il s'agissait, dans un contexte d'élévation du niveau de la mer et de recrudescence possible des tempêtes (à l'image de la succession anormalement élevée des tempêtes de l'hivers 2013-2014) de mieux comprendre la dynamique du trait de côte, au Pays de Monts (et pour la sous action 1.3.5 sur l'ensemble des côtes dunaires de la région Pays de la Loire), du haut de plage jusqu'à l'avant-plage avec ses cycles de recul, de cicatrisation voire de progradation. L'état de la dune rétro-littorale a aussi été considéré dans la mesure où celle-ci constitue un réservoir de sédiment pour la plage.

Des observations ont été menées sur la durée de RS2E aussi bien en zone avant littorale que littorale à l'aide de divers instruments (depuis le LiDAR jusqu'aux campagnes en mer croisant relevés hydrologique, bathymétrique, sédimentologique, sismique, en passant par les campagnes terrain à terre avec relevés topographiques et sédimentaires). Par grand thèmes, des méthodes ont été mobilisées ou développées le cas échéant : ainsi l'observation long terme a été mené à l'aide de la méthode DSAS (Digital Shoreline Analysis System), l'étude des liens entre diverses variables (cinématique du trait de côte et enjeux sociétaux) a fait l'objet d'un développement particulier (méthode des boites, en Python), le suivi de la végétation (espèces patrimoniales) a ré-utilisé une méthode d'indices hyperspectraux et de classification plus conventionnelle (Spectral Angle Mapping), la modélisation hydrosédimentaire initiée dans le cadre de RS2E fait appel à des logiciels développés par DHI (Danish Hydrological Institut). Au total, une connaissance fine des forçages météomarins, des formes résultantes et des enjeux associés à la bande côtière peut ainsi très significativement être mis au crédit de RS2E.



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