Évaluation spatio-temporelle globale de la morphodynamique des plages à partir d’imagerie satellitaire optique

– Salomé Frugier, Doctorant, LEGOS – 

Résumé : 

Les plages sableuses sont des systèmes morphodynamiques dont la morphologie se réorganise continuellement sous l’effet des processus hydrodynamiques et des transferts sédimentaires. Dans un contexte d’élévation du niveau marin et de forte occupation des littoraux, comprendre leur capacité d’ajustement est essentiel pour anticiper l’érosion, la submersion et accompagner l’adaptation côtière. Pourtant, leur fonctionnement reste principalement documenté sur un nombre limité de sites instrumentés. Les barres sableuses modulent l’énergie des vagues atteignant le trait de côte, tandis que les états de plage renseignent sur le fonctionnement et les trajectoires d’ajustement du système. Cette thèse exploite l’imagerie satellitaire optique pour caractériser les barres, la morphologie submergée et les états de plage à grande échelle, en utilisant le déferlement comme signature observable de l’interaction entre hydrodynamique et morphologie. Le Normalised SandBar Index (NSBI) a d’abord été développé pour détecter automatiquement les zones de déferlement dans les images multispectrales. Sa validation à Duck montre que la position transversale des barres peut être suivie depuis l’espace avec une incertitude d’environ 20 m par rapport aux levés bathymétriques. Le déferlement permet aussi d’estimer la bathymétrie de la zone de surf en utilisant les profondeurs associées aux points de déferlement pour calibrer une inversion radiométrique fondée sur la couleur de l’eau. Évaluée sur ce même site, cette approche reconstruit la bathymétrie avec une erreur de l’ordre de 0,5 m. La distance X_b entre le trait de côte et le déferlement au large a ensuite été utilisée comme indicateur de l’extension de la zone de surf et, par conséquent, de l’état morphodynamique. Évaluée sur trente sites, elle distingue les principales configurations, des plages réflectives et terrasses de basse mer aux états intermédiaires barrés et dissipatifs, et permet d’en suivre l’évolution dans le temps. Cette approche conduit à distinguer l’état morphologique de l’état actif : le premier décrit les formes présentes, le second celles qui interagissent effectivement avec les vagues au moment de l’observation. Des relations empiriques permettent également d’estimer au premier ordre la pente de plage et la taille médiane des sédiments. L’approche a ensuite été étendue aux plages sableuses dominées par les vagues à l’échelle mondiale. Les observations Sentinel-2 ont permis de constituer environ 1,6 million de séries temporelles sur des transects espacés de 50 m, associant trait de côte, déferlement, X_b, vagues, marée et paramètres morphodynamiques dérivés. Pour analyser l’organisation de cette diversité, X_b a été combiné à des descripteurs du climat de vagues, du marnage et du contexte hydroclimatique continental dans une classification non supervisée par modèle de mélange gaussien (GMM). Huit régimes conjoints de morphodynamique et d’environnement sont identifiés. Leur composition en états de plage diffère nettement, des régimes dominés par les états réflectifs et les terrasses de basse mer à ceux majoritairement barrés ou dissipatifs. Ils se distinguent aussi par l’intensité et l’importance relative des composantes environnementales, certaines dominantes et d’autres plus équilibrées. Les séries temporelles produites permettent d’étudier plus systématiquement les barres, l’extension de la zone de surf active et les états de plage sur des côtes peu documentées. Elles ouvrent aussi la voie à l’étude de leur dynamique : distinguer les états persistants des états plus transitoires, identifier les trajectoires et transitions récurrentes et préciser le rôle de la disponibilité sédimentaire. Rendre ces dimensions observables à grande échelle ne suffit pas encore à expliquer leur fonctionnement, mais permet désormais de poser autrement les questions qui gouvernent l’évolution des plages sableuses.

Jury :