Exploitation d’images satellite pour le littoral : Volet I : État de l'art de l'utilisation des technologies satellitaires pour la cartographie du trait de côte et de la bathymétrie

Edition

Cerema. Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (Administration). Auteur

Edité par Cerema. Bron - 2018

Volet I : État de l'art de l'utilisation des technologies satellitaires pour la cartographie du trait de côte et de la bathymétrie Ce rapport établit ainsi l’état de l’art de l’utilisation de l’imagerie satellitaire pour le suivi du trait de côte et la cartographie de la bathymétrie des petits fonds. Il contient en préalable une première partie pédagogique sur les notions d’imagerie satellitaire en observation de la Terre puis analyse les techniques éprouvées au travers d’une étude bibliographique réalisée en 2012. Concernant l’identification et le suivi du trait de côte, la bibliographie montre que l’utilisation de l’imagerie satellitaire permet de cartographier, sur de larges emprises géographiques, avec une fréquence élevée et un faible coût, les faciès littoraux de type eau, plage, dune, végétation, bâti et d’en extraire un marqueur de position du trait de côte de type limite d’immersion, pied de dune pour les côtes sableuses ou pied de falaise pour les côtes à falaise. Les précisions obtenues sont variables en fonction des marqueurs suivis et des types de côte, en particulier les erreurs augmentent sur les côtes rocheuses. Pour la bathymétrie des eaux peu profondes, une méthode d’inversion du signal optique satellitaire permet de fournir des cartes bathymétriques précises sur les 10 premiers mètres en eaux moyennement turbides et sur les 25 premiers mètres en eaux claires. Dans les eaux plus profondes, une méthode exploitant les propriétés de la houle permet de fournir des informations bathymétriques dans les zones de houle (de 10 à 40 m de profondeur). Ces méthodes, réalisées sur la base d’images satellite de type SPOT, ont prouvé leur efficacité et présentent l’avantage de fournir des informations continues, sur de larges zones géographiques avec une fréquence annuelle ou pluriannuelle et à faible coût. D’autres méthodes, basées sur l’altimétrie/gravimétrie et sur la technologie Lidar, sont présentées mais sont plutôt à envisager en termes de perspectives à moyen et long termes. L’extraction semi-automatique de l’information « trait de côte » à partir de l’imagerie satellitaire présente ainsi aujourd’hui une maturité suffisante pour un déploiement sur certains territoires. Elle présente des potentialités intéressantes de capacité de revisite à moindre coût, pour un suivi et une gestion intégrée du trait de côte. Volet II : Réalisation d'un prototype d'extraction du trait de côte à partir d'images satellite. Application à  l'archipel de Saint-Pierre-et-Miquelon Un premier rapport a ainsi établi l’état de l’art des méthodes existantes sur ces problématiques, afin d’identifier les plus prometteuses notamment en fonction des paysages rencontrés (volet I des rapports « Exploitation d’images satellite pour le littoral »). Il a conclu à la maturité de certaines techniques de reconnaissance par imagerie satellitaire de marqueurs de position du trait de côte, notamment en tant qu’interface terre-mer, c’est-à-dire limite entre deux zones présentant des caractéristiques terrestres (au-dessus du trait de côte) et maritimes (en dessous du trait de côte). Le Cerema s’est alors engagé à développer une méthodologie et un prototype qui permettraient d’extraire automatiquement la position du trait de côte en tant qu’interface de faciès terrestres et maritimes à partir d’images satellite à très haute résolution spatiale (images Pléiades). L’objectif final serait de transférer cette technologie à tout acteur qui souhaiterait utiliser les images satellite pour suivre l’évolution de la position du trait de côte, particulièrement sur les territoires macrotidaux où ce type de méthode est particulièrement adapté. Ce rapport (volet II) présente les tests opérés sur l’archipel de Saint-Pierre-et-Miquelon pour développer un prototype permettant d’extraire automatiquement la position du trait de côte sur des images Pléiades obtenues dans le cadre du programme GEOSUD. Le processus d’acquisition se base sur la réalisation, par classification automatique, d’une cartographie des faciès à proximité du trait de côte puis sur l’extraction de la limite terre – mer comme frontière entre types d’occupation des sols. Le « trait de côte » ainsi obtenu a été comparé à des mesures effectuées sur le terrain. La stabilité de la méthode dans le temps a été évaluée via l’exploitation de deux images de deux années consécutives sur l’île de Saint-Pierre, en 2012 et 2013. Les travaux effectués montrent que la méthode peut conduire à des précisions de localisation de marqueurs de position du trait de côte de 2 à 3 m en moyenne lorsqu’il s’agit d’une limite de végétation ou d’érosion. Dans les autres cas (rochers, pieds de dune, gabions, galets), la technique donne des résultats plus inégaux et dans l’ensemble de moins bonne qualité. Des pistes sont proposées pour améliorer la méthode en prévision d’une évaluation plus large sur davantage de paysages et situations : utilisation de modèles numériques de terrain, exploitation d’informations issues des bases de données disponibles sur les zones étudiées (référentiels IGN par exemple) ou recours à des algorithmes de simplification de lignes. Volet III : Prototype de reconnaissance du trait de côte en tant que limite d’immersion à partir d’images satellite Un premier rapport a ainsi établi l’état de l’art des méthodes existantes sur ces problématiques, afin d’identifier les plus prometteuses notamment en fonction des paysages rencontrés (volet I des rapports « Exploitation d’images satellite pour le littoral »). Il a conclu à la maturité de certaines techniques de reconnaissance de marqueurs de position du trait de côte, notamment de la limite d’immersion (limite du jet de rive ou limite eau/non eau). Le Cerema s’est alors engagé à développer une méthodologie et un prototype qui permettraient d’extraire automatiquement la position du jet de rive à partir d’images satellite à très haute résolution spatiale (images Pléiades). L’objectif final serait de transférer cette technologie à tout acteur de la gestion intégrée du trait de côte qui souhaiterait utiliser les images satellite pour en suivre son évolution. Ce type de méthode est particulièrement adapté au suivi du trait de côte pour des territoires à faible marnage ou pour le suivi « instantané » de la position du jet de rive. Ce rapport (volet III) présente les tests opérés sur le secteur du Grau-du-Roi (30) pour développer un prototype permettant d’extraire automatiquement la position du trait de côte sur des images Pléiades à l’aide d’une méthode de type seuillage. Les marqueurs de limites hautes et basses du jet de rive extraits suivent fidèlement le jet de rive observé sur l’image satellite. Quelques rares anomalies apparaissent ponctuellement en présence de nuages ou d’ombres qui intersectent le trait de côte. Cette méthode présente les avantages d’être précise, notamment pour la limite basse du jet de rive, transférable géographiquement et relativement simple à mettre en œuvre sur un secteur géographique donné. Ces résultats montrent qu’un outil opérationnel de suivi du trait de côte à partir d’images satellite est aujourd’hui accessible en milieu microtidal. Des développements complémentaires doivent néanmoins être réalisés pour couvrir un linéaire côtier de plusieurs dizaines de kilomètres, vérifier la répétitivité temporelle des seuils fixés, développer un outil ergonomique et assurer son transfert vers des utilisateurs finaux. Un comité d’utilisateurs sera monté dans cette optique à partir de 2016.

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