L’étude de l’évolution du trait de côte grâce aux SIG : un état de l’art. Le cas de la vulnérabilité côtière en Inde ADAM Max et MUREAU Grégoire (2020) Master 1 EGEL Institut Universitaire Européen de la Mer INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 2 I. II. MATÉRIEL ET MÉTHODES ..................................................................................................................... 2 III. ÉTAT DE L’ART ..................................................................................................................................... 3 INTRODUCTION......................................................................................................................................... 3 Vulnérabilité côtière ......................................................................................................................... 3 La côte indienne ............................................................................................................................... 3 Vulnérabilités associées aux côtes indiennes ..................................................................................... 3 L’évolution du trait de côte ............................................................................................................... 4 Systèmes d’Information Géographique (SIG) ..................................................................................... 4 B. METHODOLOGIE ....................................................................................................................................... 4 1. Acquisition des données ................................................................................................................... 4 2. Traitement des données ................................................................................................................... 5 3. Finalité............................................................................................................................................. 6 C. RESULTATS ET DISCUSSION........................................................................................................................... 6 D. CONCLUSION ........................................................................................................................................... 6 A. 1. 2. 3. 4. 5. IV. CONCLUSION ....................................................................................................................................... 7 V. BIBLIOGRAPHIE.................................................................................................................................... 7 Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière I. INTRODUCTION L’érosion du trait de côte est un problème sur de nombreux sites côtiers. Bien que les phénomènes d’accrétion et d’érosion aient toujours existé et participé à la formation des côtes actuelles, l’érosion est aujourd’hui largement exacerbée par les activités humaines. C’est une menace grandissante pour la population toujours croissante et pour l’économie de l’environnement littoral. La forte urbanisation en lien avec le tourisme et l’apparition de l’économie bleue font que cet espace est plus que jamais un territoire d’enjeux majeurs. De nombreuses mesures de protection et d’atténuation du recul sont donc mises en place. Cependant, la plupart de ces moyens de lutte contre le recul du trait de côte sont des structures solides, coûteuses et d’une courte durée de vie. De nos jours, de nouvelles méthodes raisonnées, plus écologiques et moins chères sont développées. Toutefois, ces phénomènes d’érosion et d’accrétion sont difficiles à comprendre et à gérer : les structures de protection fonctionnent rarement sans créer d’effets secondaires sur d’autres endroits du littoral. Afin de lutter efficacement contre le recul du trait de côte, il est donc nécessaire de se doter d’outils permettant d’évaluer son accrétion et son érosion permanente. Ainsi, les Systèmes d’Information Géographique (SIG) sont une clé nécessaire à la gestion efficace du littoral. Ils permettent d’identifier la variabilité du trait de côte et ainsi d’acquérir les connaissances permettant la compréhension des processus intervenant dans les modifications du trait de côte, accroissant de fait la capacité à gérer les risques d’érosion côtière afin d’adapter au mieux le mode de gestion. Ce rapport présente un état de l’art de l’évaluation des changements du trait de côte grâce aux SIG. Il se base sur une bibliographie de vingt articles scientifiques portant sur le sujet, dont 5 d’entre eux ont servi à l’élaboration de ce document. II. MATÉRIEL ET MÉTHODES Avant de se lancer dans la recherche d’informations, le sujet “SIG et littoral” a été affiné en “érosion côtière”. Ce sujet se prête bien à l’utilisation des SIG et traite forcément du milieu littoral, ce qui a facilité la recherche bibliographique. L’évolution du trait de côte est aussi un enjeu majeur de l’époque actuelle auquel il est bon de s'intéresser. La recherche d’informations et d’articles scientifiques pertinents a débuté par un brainstorming. Cette première étape consistait à créer une liste de mots-clés en lien avec le sujet afin de mieux l’appréhender. La liste reste néanmoins assez générale à ce stade : • GIS, littoral, coast, shoreline, coastal erosion Ensuite, la recherche bibliographique a été effectuée grâce aux logiciels Web of Science. Une première recherche générale sur le sujet est effectuée, et la liste de mots est peu à peu modifiée. Au fil des lectures succinctes, la liste est étendue avec d’autres termes pertinents (mots-clés des auteurs, termes redondants…). Une fois la liste finale établie, des recherches par groupes de mots thématiques sont effectuées une à une sur le Web of Science, selon la méthodologie appliquée au moteur de recherche : • Coast OR littoral • GIS OR “Geographic Information System” • Erosion • “Shoreline evolution*” OR “shoreline change*” OR “coastal management” OR “coastal erosion” • Hazard* OR risk* Les recherches sont ensuite croisées entre elles afin d’obtenir une liste d’articles pertinents et assez large pour pouvoir effectuer une sélection (Figure 1). En fin de compte, la recherche des vingt articles a été basée sur 102 résultats. ADAM Max et MUREAU Grégoire(2020) | MASTER 1 EGEL, IUEM 2 Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière Figure 1 : Historique de recherche sur Web of Science Au fur et à mesure de la sélection des articles, il est apparu que l’évolution du trait de côte était un sujet très documenté en Inde. Le choix des articles s’est alors focalisé sur ce cas précis. Une fois les documents sélectionnés, ils ont fait l’objet d’une vérification plus approfondie afin d’établir leur pertinence et leur fiabilité : parcours du sommaire, lecture de l’introduction, de la conclusion, des titres et des figures… Enfin, ces vingt articles ont fait l’objet d’une étude plus recherché afin de sélectionner les cinq articles qui serviront de référence pour l’état de l’art présenté ci-après. Cette dernière sélection vise à distinguer cinq textes assez similaires pour pouvoir produire une analyse critique pertinente. Ces textes de références sont présentés en gras dans la bibliographie. Ils sont tous les cinq inscrits dans des travaux de recherches sur l’évaluation de la vulnérabilité côtière, qui consiste en l’étude des différentes menaces qui pèsent sur la côte, comme les tempêtes, les tsunamis ou les cyclones, et dont l’érosion du trait de côte fait partie. Il a semblé intéressant d’étudier les applications possibles de l’évolution du trait de côte à des champs de recherches plus vastes. III. ÉTAT DE L’ART A. Introduction 1. Vulnérabilité côtière La vulnérabilité côtière se définit comme le degré auquel une personne, une communauté ou un système, humain ou naturel, est susceptible d’être impactée négativement par un stress externe [11]. Elle peut être associée à des risques naturels comme l’élévation du niveau de la mer, l’érosion côtière, etc., ou à des risques sociaux, comme la pauvreté, la surpopulation, etc. 2. La côte indienne L’Inde métropolitaine comporte 5400km de côte où plus de 250 millions de personnes, soit près d’un quart de la population, vivent à moins de 50km du littoral [3]. Cependant, ce territoire fortement anthropisé est, depuis plusieurs décennies en Inde, fortement impacté par les cyclones, les tsunamis, l’érosion du trait de côte ou encore l’élévation du niveau marin. C’est l’une des zones les plus sensibles aux risques côtiers. Les recherches de Arun Kumar A. et Kunte P.-D. (2010) ont d’ailleurs montré que, depuis le tsunami de 2004, le pays a bien compris les impacts de ces risques en termes de dommages potentiels sur les vies humaines, les propriétés et l’environnement. De nombreux chercheurs s’orientent alors vers l’étude de la vulnérabilité côtière. Afin de prévenir et de contrer ces risques, l’évolution du trait de côte a été largement documentée en Inde et sert à différents usages selon les travaux de recherches. 3. Vulnérabilités associées aux côtes indiennes Les trois dernières décennies ont vu de nombreux changements s’opérer sur le littoral. Les aléas ont produit des dommages toujours plus conséquents, tant sur l’activité économique que les vies humaines. Par exemple, les cyclones Andra Pradesh en 1977 et Odisha en 1999 ont causé d’importants dégâts. Plus récemment, la zone côtière de Chennai dans le district de Tamil Nadu a été l’une des plus impactée par le tsunami de 2004 et par le cyclone Nisha de 2008 [2]. ADAM Max et MUREAU Grégoire(2020) | MASTER 1 EGEL, IUEM 3 Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière 4 Cependant, ces catastrophes naturelles de grandes ampleurs ne sont pas les seuls facteurs causant la vulnérabilité de la côte. L’érosion du trait de côte, les marées, les courants, la houle, la géomorphologie, entre autres, sont des facteurs influant la vulnérabilité côtière. De plus, l’augmentation du niveau de la mer due au réchauffement climatique exacerbe les risques sur la zone côtière. Les projections récentes suggèrent que le niveau de la mer pourrait s’élever d’1,9m d’ici 2100, ce qui aggraverait les évènements de tempêtes et les impacts des vagues dans de nombreuses régions [19]. 4. L’évolution du trait de côte Le trait de côte est toujours soumis à des changements dus aux processus côtiers contrôlés par les vagues et le transport sédimentaire associés, les caractéristiques des sédiments, la géomorphologie de la plage et la bathymétrie. Les côtes sont classées sur des échelles de sensibilités à l’érosion. Les côtes en accrétion sont considérées peu sensibles tandis que les zones de recul du trait de côte sont jugées sensibles, à cause de la perte de propriétés publiques et privés et d’habitats naturels importants comme les plages, les dunes ou les marais [19]. 5. Systèmes d’Information Géographique (SIG) Les SIG gèrent de l’information spatiale en reliant une localisation et une donnée attributaire. Ils ont des fonctions et des outils nécessaires et efficaces pour l’acquisition, le stockage, l’analyse et la transmission d’informations sur des lieux ou choses. Ainsi, la préparation de données et la cartographie spatiale des relations entre les aléas naturels et les éléments menacés requièrent l’usage des SIG [3]. B. Méthodologie Les méthodes utilisées pour établir des diagnostics de risques, notamment d’érosion, sont assez semblables mais peuvent présenter quelques variantes, notamment dans le traitement des données [18]. L’observation de l’évolution du trait de côte sur des échelles géographiques de plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres est rendue possible par les outils proposés dans les logiciels de télédétection et SIG, ainsi que leurs extensions. 1. Acquisition des données Auteurs Arun Kumar A. et Kunte P.-D. (2010) MMS Beluru Jana A. et Hedge A.V. (2016) Mahendra R.-S. et al. (2011) x Shaji J. (2014) x I LANDSAT Source Période Saxena S. et al. (2012) x TM x ETM+ x OLI-TIRS x x x x x x IRS LISS III x EO-1 x CARTOSATII x 1990 et 2000 1972, 1991, 1998, 2000, 2006, 2012, et 2014 1972, 1990 et 2000 1990 et 2000 Tableau 1 : Sources et périodes des données utilisées par les auteurs ADAM Max et MUREAU Grégoire(2020) | MASTER 1 EGEL, IUEM 1977, 1991, 1999, 2001, 2005, 2006, 2009 et 2011 Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière 5 L’étude d’orthophotographies rectifiées constitue la base de chaque étude menée. Afin de pouvoir dégager des tendances, différentes orthophotographies de différentes années sont comparées (Tableau 1). Les ressources orthophotographiques proviennent principalement de différents programmes de la NASA, parmi lesquels le programme LANDSAT, illustré par de nombreuses campagnes : TM (Thematic Mapper), MSS (Multi-spectral Scanner System), ETM+ (Enhanced Thematic Mapper), OLI-TIRS (Operational Land Imager-Thermal InfraRed Sensor). D’autres données de la NASA, comme celles du satellite Earth Observing-1 (EO-1) rattaché au programme New Millenium sont exploitées par Shaji (2014). Ces données américaines peuvent être téléchargées grâce à l’outil de recherche USGS Earth Explorer [3]. Cependant, d’autres données plus “locales” sont également utilisées, comme les données IRS LISS III (Indian Remote Sensing Satellite - Linear Imaging Selfscanning Sensor) ou celles du satellite indien Cartosat-II. 2. Traitement des données Les images satellite sont projetées en Universal Transverse Mercator (UTM) avec des données WGS84 (World Geodetic System – 1984) dans le logiciel ArcMAP de la suite ArcGIS. Afin de déterminer le trait de côte sur chaque période et pouvoir exploiter les données, l’extension de télédétection ERDAS, disponible sur l’environnement ArcGIS est utilisée : l’exploitation des bandes proche infrarouge par un procédé appelé « épissage d’histogrammes » (histogram splicing) permet de délimiter de manière efficace la limite terre-mer. On obtient alors une image affichant clairement le trait de côte, que l’on vectorise grâce aux outils ERDAS et ArcMap [3]. Une fois ces données récupérées, il convient d’évaluer l’évolution du trait de côte entre les différentes années, afin de pouvoir dégager une tendance. Les échantillons étudiés et comparés seront donc des transects de plage, plus ou moins espacés selon les méthodes - pas toujours décrites précisément - et répartis sur toute la côte étudiée. Une méthode utilisée par S. Savena et al. (2012) implique d’établir une ligne de base, à environ 1km du trait de côte, en s’aidant de points de contrôle terrestre, dont on obtient les coordonnées précises avec un relevé DGPS, et qui sont définis comme stables dans le temps. Ces repères permettant de comparer les différentes observations menées sur plusieurs années. Ainsi, les transects sont tracés perpendiculairement à cette ligne de base, et peuvent donc être comparés d’une année à l’autre, puis analysés. Les autres auteurs n’ont pas détaillé leurs méthodes de traitement. Différentes méthodes statistiques peuvent être utilisées pour analyser ces transects et, même si elles présentent toutes des avantages et des inconvénients, la méthode LRR (Linear Regression Rate) est souvent choisie car elle minimise les erreurs ponctuelles et les variabilités de courts termes dans son approche statistique [18]. On applique cette méthode sur de nombreux transects, grâce à l’outil DSAS (Digital Shoreline Analysis System), extension ArcGIS, qui permet de quantifier les phénomènes d’érosion, ou d’accrétion [2]. On obtient alors un résultat quantifié (en m3) de l’apport ou de la perte de sédiment. Selon l’évolution du trait de côte, les auteurs ont défini plusieurs classes de vulnérabilités présentées ci-après (Tableau 2) : Auteurs Arun Kumar A. et Kunte, P.-D. 2010 Beluru Jana A. et Hedge A.V. 2016 Shaji, J. 2014 Évolution du trait de côte (m/an) -1.0 à -2.0 -0.1 à -1.0 > -0.1 Degré de vulnérabilité face au risque Élevé Moyen Faible <−2.0 −2.0 à −1.0 −1.0 to +1.0 +1.0 à +2.0 >+2.0 Très élevé Élevé Modéré Faible Très faible < -3 0 à -3 >0 Élevé Moyen Faible ADAM Max et MUREAU Grégoire(2020) | MASTER 1 EGEL, IUEM Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière Saxena S. et al. 2012 Mahendra R.-S., et al. 2011 < -5 -2 à -5 -0.5 à -2 -0.5 à +0. +0.5 à +2 +2 à +5 6 Érosion élevée Érosion moyenne Faible érosion Zone stable Faible accrétion Accrétion moyenne Non renseigné Tableau 2 : Classes de vulnérabilité utilisées par les auteurs 3. Finalité Dans les travaux de Beluru Jana et Hedge A.-V. (2016) l’évolution du trait de côte est utilisée pour calculer l’Indice de Vulnérabilité Côtière (CVI). Shaji (2014), quant à lui, utilise ces variations du trait de côte pour déterminer l’Indice de Sensibilité Côtière (CSI) et les décrit d’ailleurs comme l’un des deux facteurs majeurs (avec la géomorphologie) pour la détermination du CVI ou du CSI. Le CSI prend en compte divers facteurs physiques du milieu (changement du trait de côte, bathymétrie, taux moyen de variation du niveau de la mer, hauteur significative des vagues, marée, géomorphologie, etc.) afin d’établir le risque en zone côtière. Les paramètres étudiés peuvent cependant varier dans l’établissement de cet index. On peut par exemple décider d’intégrer des facteurs socio-économiques [3] en plus des paramètres purement physiques et géologiques : on préfèrera alors parler de « vulnérabilité » plutôt que de « sensibilité » côtière [19]. Cependant, la confusion entre CVI et CSI est souvent faite, car le concept de CVI, proposé pour la première fois par Gornitz (1990), n'intégrait aucun paramètre socio-économique, à l’époque [19]. On retrouve notamment un exemple de cette confusion dans l’article d’Arun Kumar et Kunte (2012) qui parle de CVI et n’intègre pourtant que des paramètres physiques dans son calcul. L’évolution du trait de côte peut être également être utilisée pour établir des cartes de vulnérabilité multirisques (Multi Hazard Vulnerability Maps - MHVM) comme dans les travaux de Saxena et al. (2012) et de Mahendra et al. (2011). C. Résultats et discussion La zone côtière nord de Chennai [2] est en légère accrétion grâce à la présence d’ouvrages de protection. Mais d’autres zones plus au Sud ont subi une sévère érosion à cause de l’impact massif des vagues. Cette portion de côte de presque 10km est très impactée par les run-ups importants qui, combinés à une topographie plane, érodent fortement le trait de côte. Les estimations de l’évolution du trait de côte par Beluru Jana A. et Hedge A.-V. (2016) ont été effectuées sur une période de 42 ans, et rapportent une érosion moyenne de 0.533 m/an. Un total de 298km de côte a été étudié et près de la moitié est classée comme très hautement vulnérable ou hautement vulnérable. La portion de la côte ouest-indienne étudiée par Shaji (2014) est très impactée par l’érosion à cause de la dominance de structures géomorphologiques fragiles, comme les plages ou les estuaires. C’est une zone densément peuplée de faible dénivelé, elle est donc très vulnérable et sera très impactée par le phénomène de remontée accélérée du niveau marin. Les travaux de Mahendra et al. (2011) ont permis d’estimer que d’ici 100 ans, 3.77 km² de la côte Cuddalore-Villupuram auront disparu à cause de l’érosion. Saxena S. et al. (2012, qui étudient également la région côtière du district de Cuddalore montrent qu’elle est en accrétion. Cependant, à la différence de Mahendra et al., ils n’échantillonnent qu’une fraction de cette côte. Néanmoins, comme pour Arun Kumar A. et Kunte P.-D. (2010), les structures de protections côtières ont provoqué l’érosion des secteurs adjacents. De plus, l’utilisation du LRR a permis d’évaluer précisément les secteurs d’érosion et d’accrétion afin de mieux appréhender la future gestion du territoire. D. Conclusion Comme il a été montré dans ce rapport, les méthodes employées par les chercheurs, tant pour l’acquisition que pour le traitement des données, ne diffèrent qu’assez peu et la finalité des études est similaire. En effet, la méthodologie d’étude du trait de côte fait aujourd’hui consensus en Inde. Il reste ADAM Max et MUREAU Grégoire(2020) | MASTER 1 EGEL, IUEM Évolution du trait de côte et vulnérabilité côtière cependant quelques choix subjectifs aux chercheurs, comme le choix de l’emplacement du trait de côte ou des données à utiliser, mais là encore ce ne sont que des variations mineures. IV. CONCLUSION L’évolution du trait de côte constitue une donnée primordiale dans l’établissement d’un diagnostic de risques, une des plus importantes [19], et doit, à ce titre, être surveillée avec attention. Combinée à d’autres paramètres, son étude permet notamment de calculer des indices de risques puis d’élaborer des cartes qui facilitent l’accès à l’information, notamment pour les acteurs politiques dont la prise de décision s’en retrouve facilitée, mais également pour les populations qui ont le droit d’être informées [11], et pour lesquelles tous les acteurs (étatiques, de gestion, etc.) ont tout intérêt à ce que la population soit instruite sur ces sujets. Ces informations permettent également aux gestionnaires de la côte d’améliorer le degré de compréhension de leur environnement, et d’y établir un ordre de priorité dans la gestion de chaque zone côtière [3] et en définitive, d’améliorer la qualité de leur travail [11]. Dans l’ensemble, ce travail a permis non seulement l’acquisition de connaissances solides sur les travaux de recherches menés dans ce domaine, mais aussi une première approche aux fonctionnements des logiciels de gestion bibliographique. L’exercice nous aura également permis de nous essayer à la rédaction scientifique d’un état de l’art, où nous avons accordé une importance toute particulière à l’intégration des citations. V. BIBLIOGRAPHIE 1. Aedla R, Dwarakish GS, Reddy DV. Automatic Shoreline Detection and Change Detection Analysis of Netravati-GurpurRivermouth Using Histogram Equalization and Adaptive Thresholding Techniques. Aquat Procedia. 2015;4:563-570. doi:10.1016/j.aqpro.2015.02.073 2. Arun Kumar A, Kunte PD. 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