Entre sa densité de population et ses richesses naturelles, le littoral est une zone stratégique, mais vulnérable aux événements extrêmes et à la montée du niveau de la mer. Pour mieux prévenir les risques d’inondations côtières, les « jumeaux numériques » allient imagerie spatiale, mesures de terrain et modélisations sophistiquées – afin de fournir des informations fiables aux particuliers et aux décideurs publics.
Cet article, écrit par Raquel Rodriguez Suquet et Vincent Lonjou, est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.
- Raquel Rodriguez Suquet est ingénieure d'applications d'Observation de la Terre au CNES.
- Vincent Lonjou est expert applications spatiales au CNES.
La zone littorale, située à l’interface entre la terre et la mer, est une bande dynamique et fragile qui englobe les espaces marins, côtiers et terrestres influencés par la proximité de l’océan. À l’échelle mondiale, elle concentre une forte densité de population, d’infrastructures et d’activités économiques (tourisme, pêche, commerce maritime), qui en font un espace stratégique mais vulnérable.
On estime qu’environ un milliard de personnes dans le monde et plus de 800 000 de personnes en France vivent dans des zones littorales basses, particulièrement exposées aux risques liés à la montée du niveau de la mer due au changement climatique et aux phénomènes météorologiques extrêmes. Les enjeux associés sont multiples : érosion côtière, submersions marines, perte de biodiversité, pollution, mais aussi pressions liées à la forte artificialisation du sol, due à la forte augmentation démographique et touristique. La gestion durable de la zone littorale représente un enjeu crucial en matière d’aménagement du territoire.
Dans le cadre de notre programme Space for Climate Observatory, au CNES, avec nos partenaires du BRGM et du LEGOS, nous créons des « jumeaux numériques » pour étudier les zones côtières dans un contexte de changement climatique et contribuer à leur adaptation.
Dans cet article, focus sur trois zones représentatives de trois sujets emblématiques des zones côtières : le recul du trait de côte en France métropolitaine, la submersion marine en Nouvelle-Calédonie (aujourd’hui liée aux tempêtes et aux cyclones, mais à l’avenir également affectée par l’élévation du niveau de la mer) et l’évolution des écosystèmes côtiers en termes de santé de la végétation, de risque d’inondation et de qualité de l’eau sur la lagune de Nokoué au Bénin.
Le trait de côte est en recul en France hexagonale
Avec près de 20 000 kilomètres de côtes, la France est l’un des pays européens les plus menacés par les risques littoraux. Sa façade maritime très urbanisée attire de plus en plus d’habitants et concentre de nombreuses activités qui, comme la pêche ou le tourisme, sont très vulnérables à ce type de catastrophes. Ainsi, cinq millions d’habitants et 850 000 emplois sont exposés au risque de submersion marine et 700 hectares sont situés sous le niveau marin centennal, c’est-à-dire le niveau statistique extrême de pleine mer pour une période de retour de 100 ans) dans les départements littoraux.
Le trait de côte désigne la frontière entre la terre et la mer. Cette limite se modifie continuellement sous l’action de facteurs naturels tels que les marées, les tempêtes, le dépôt de sédiments, les courants marins et les vagues. En France hexagonale, un quart du littoral est concerné par un recul du trait de côte (soit plus de 5 000 bâtiments menacés d’ici 2050) du fait de l’érosion côtière, aggravée par le changement climatique qui s’accompagne, entre autres, d’une élévation du niveau marin et de la puissance des tempêtes.
Grâce à la télédétection par satellites, notamment Sentinel-2 et Landsat, il est possible d’observer avec précision la position du trait de côte et d’analyser sa dynamique sur le long terme. Ces informations permettent de mieux comprendre les phénomènes d’érosion ou d’accrétion (à rebours du recul du trait de côte, son avancée est due en bonne partie au dépôt sédimentaire et concerne 10 % du littoral français), ainsi que les risques liés à ces évolutions.
En réponse à ces enjeux, un jumeau numérique du trait de côte est en cours de construction à l’échelle de la France. Cet outil permettra de « prendre le pouls » de la zone côtière en fournissant des données actualisées à échelle mensuelle et trimestrielle aux acteurs concernés, des mairies aux ministères, afin de faciliter la prise de décision pour une gestion durable et adaptée du littoral. Par exemple, les principaux leviers d’actions sont la mise en place d’infrastructures de protection potentiellement fondées sur la nature, des opérations d’ensablement ou d’enrochement ainsi que l’évolution des autorisations d’urbanisme pouvant aller jusqu’à la destruction de bâtiments existants.
Les jumeaux numériques pour le littoral
Aujourd’hui, les jumeaux numériques jouent un rôle clé dans l’amélioration de notre compréhension de l’hydrologie des bassins versants, de la dynamique des inondations et de l’évolution des zones côtières, qu’il s’agisse d’événements passés ou de la situation actuelle. Les données spatiales vont y occuper une place croissante : elles permettent de suivre l’évolution des territoires sur le long terme et de manière régulière, d’alimenter les modèles avec des informations précises et continues, et d’analyser les impacts à grande échelle. Les données spatiales sont particulièrement utiles pour observer les changements dans les zones peu accessibles ou mal instrumentées.
Les jumeaux numériques contiennent également des capacités de modélisation qui, couplées aux données, permettent d’évaluer l’impact du climat futur ainsi que d’évaluer les meilleures solutions d’adaptation. Dans les années à venir, ces outils d’aide à la décision vont devenir incontournables pour les acteurs de la gestion des risques, de l’aménagement du territoire et de l’adaptation au changement climatique.
Risques d’inondations et qualité de l’eau à la lagune de Nokoué au Bénin
La lagune de Nokoué au Bénin est représentative des systèmes lagunaires d’Afrique de l’Ouest : bordée d’une large population qui avoisine les 1,5 million de personnes, cette lagune constitue une ressource vivrière majeure pour les habitants de la région.
La lagune subit une importante variabilité naturelle, notamment aux échelles saisonnières sous l’influence de la mousson ouest-africaine. Ainsi, les zones périphériques sont inondées annuellement (en fonction de l’intensité des pluies), ce qui cause des dégâts matériels et humains importants. La lagune est aussi le cœur d’un écosystème complexe et fluctuant sous l’effet des variations hydrologiques, hydrobiologiques et hydrochimiques.
Là aussi, le changement climatique, avec la montée des eaux et l’augmentation de l’intensité des évènements hydrométéorologiques, contribue à faire de la lagune de Nokoué une zone particulièrement sensible.
Nous mettons en place un jumeau numérique de la lagune de Nokoué qui permettra de répondre aux besoins des acteurs locaux, par exemple la mairie, afin de lutter contre les inondations côtières en relation avec l’élévation du niveau de la mer, les marées et les événements météorologiques extrêmes.
En particulier, ce jumeau numérique permettra de modéliser la variabilité du niveau d’eau de la lagune en fonction du débit des rivières et de la topographie. Il géolocalisera l’emplacement des zones inondées en fonction du temps dans un contexte de crue — une capacité prédictive à court terme (quelques jours) appelée « what next ? »
Le jumeau numérique sera également en mesure de faire des projections de l’évolution du risque de crue sous l’effet du changement climatique, c’est-à-dire prenant en compte l’élévation du niveau de la mer et l’augmentation de l’intensité des pluies. Cette capacité prédictive sur le long terme, typiquement jusqu’à la fin du siècle, est appelée « what if ? »
Enfin, il permettra de modéliser et d’évaluer la qualité de l’eau de la lagune (par exemple sa salinité ou le temps de résidence de polluants). Par exemple, en période d’étiage, quand l’eau est au plus bas, la lagune étant connectée à l’océan, elle voit sa salinité augmenter de manière importante, bouleversant au passage l’équilibre de cet écosystème. Le riche écosystème actuel est en équilibre avec cette variation saisonnière mais des aménagements (barrages, obstruction du chenal de connexion à l'océan…) pourraient le mettre en péril.
Un démonstrateur de jumeau numérique consacré à la submersion marine en Nouvelle-Calédonie
L’élévation du niveau de la mer causée par le changement climatique, combinée aux marées et aux tempêtes, constitue un risque majeur pour les populations côtières à l’échelle mondiale dans les décennies à venir. Ce risque est « évolutif » — c’est-à-dire qu’il dépend de comment le climat évoluera dans le futur, notamment en fonction de notre capacité à atténuer les émissions de gaz à effet de serre.
Il est donc très important d’être capable de modéliser le risque de submersion marine et de projeter ce risque dans le futur en prenant en compte la diversité des scénarios d’évolution climatiques afin de supporter l’action publique au cours du temps, avec différentes stratégies d’adaptation ou d’atténuation : relocalisation de populations, modification du plan local d’urbanisme, création d’infrastructures de protection côtières qu’elles soient artificielles ou bien basées sur la nature.
La modélisation de la submersion marine nécessite une connaissance en 3D sur terre (du sol et du sursol, incluant bâtiments, infrastructures, végétation…), mais aussi – et surtout ! – sous l’eau : la bathymétrie. Si cette dernière est assez bien connue sur le pourtour de la France métropolitaine, où elle est mesurée par le Service hydrographique et océanographique de la marine (Shom), une grande partie des zones côtières en outre-mer est mal ou pas caractérisée.
En effet, le travail et le coût associé aux levés topobathymétriques in situ sont très élevés (supérieur à 1 000 euros par km2). À l’échelle du monde, la situation est encore pire puisque la très grande majorité des côtes n’est pas couverte par des mesures bathymétriques ou topographiques de qualité. Aujourd’hui, plusieurs techniques permettent de déterminer la bathymétrie par satellite en utilisant la couleur de l’eau ou le déplacement des vagues.
En Nouvelle-Calédonie, nous explorons le potentiel des satellites pour alimenter un jumeau numérique permettant de faire des modélisations de submersion marine. Nous nous concentrons dans un premier temps sur la zone de Nouméa, qui concentre la majeure partie de la population et des enjeux à l’échelle de l’île. Une première ébauche de jumeau numérique de submersion marine a ainsi été réalisée par le BRGM. Il permet par exemple d’évaluer la hauteur d’eau atteinte lors d’un évènement d’inondation et les vitesses des courants sur les secteurs inondés.
Dans un deuxième temps, nous étudierons la capacité à transposer notre approche sur une autre partie de l’île, en espérant ouvrir la voie à un passage à l’échelle globale des méthodes mises en place.
