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Comprendre l'urgence de la cartographie des changements côtiers

L'élévation du niveau de la mer représente l'un des défis environnementaux les plus pressants de notre époque, remodelant fondamentalement les côtes du globe. L'élévation du niveau de la mer mondiale s'accélère : 2024 a enregistré une augmentation de 5,9 mm, par rapport à un taux moyen annuel moyen de 3,4 mm/an entre 1993-2024 et 4,7 mm/an entre 2014-2023, ce qui démontre l'intensification de la transformation côtière.

Le niveau moyen de la mer mondiale a augmenté de 8 à 9 pouces (21 à 24 centimètres) depuis 1880, avec un taux d'augmentation plus que le double au cours des dernières décennies.Cette accélération exige des techniques de cartographie sophistiquées qui permettent de suivre avec précision les positions des rives et de fournir des données exploitables aux planificateurs côtiers, aux spécialistes de l'environnement et aux décideurs.

Des recherches récentes ont révélé que le niveau mondial des mers côtières est en moyenne supérieur de 1 pied à ce qu'on croyait auparavant, ce qui a pour effet de faire craindre que le monde ne sous-estime la superficie des terres et le nombre de personnes touchées par la montée des océans.

Les principaux moteurs de l'élévation du niveau de la mer

La compréhension des causes de l'élévation du niveau de la mer est fondamentale pour prédire et cartographier les changements côtiers futurs. Le phénomène est motivé par deux mécanismes primaires, chacun contribuant à peu près également à l'augmentation globale que nous observons aujourd'hui.

Expansion thermique de l'eau de mer

Les océans absorbent environ 90% de l'excès de chaleur piégé dans le système climatique terrestre, ce qui provoque une expansion de l'eau de mer au moment de sa chaleur.Cette expansion thermique est un processus physique fondamental : les molécules d'eau qui gagnent en énergie par la chaleur se déplacent plus vigoureusement et occupent plus d'espace.

Les scientifiques mesurent la température de la surface de la mer à l'aide d'un ensemble d'outils sophistiqués, dont des bouées amarrées et dérivantes, des satellites et des échantillons d'eau prélevés par les navires. Les températures dans la moitié supérieure de l'océan sont mesurées par une flotte mondiale de robots aquatiques, tandis que les températures plus élevées sont mesurées par des instruments abaissés des navires de recherche océanographique.

Glace de fonte des terres

Le deuxième facteur important de l'élévation des mers est le transfert d'eau de la terre à l'océan par la fonte des calottes glaciaires et des glaciers. Entre 1993 et 2018, la fonte des calottes glaciaires et des glaciers a représenté 44 % de l'élévation du niveau de la mer, et 42 % de l'augmentation de l'eau par la chaleur.

La fonte des glaces terrestres est maintenant la principale force derrière l'élévation du niveau mondial de la mer, les océans augmentant d'environ 90 millimètres depuis 1993, la majeure partie de l'augmentation provenant de la masse d'eau ajoutée plutôt que de l'expansion du réchauffement, et la perte de glace du Groenland et des glaciers de montagne explique la grande majorité de ce gain.

Les glaciers de l'Antarctique et du Groenland, ainsi que des milliers de plus petits glaciers de montagne dans le monde, connaissent une fonte accélérée en raison de la hausse des températures mondiales.Pour estimer la part de l'augmentation du niveau de la mer attribuable au transfert de masse, c'est-à-dire le déplacement de l'eau de la terre vers l'océan, les scientifiques comptent sur une combinaison de mesures directes du taux de fonte et de l'élévation des glaciers effectuées lors des relevés sur le terrain, et de mesures par satellite de petits déplacements dans le champ de gravité de la Terre, comme lorsque l'eau passe de la terre vers l'océan, l'augmentation de masse augmente la force de gravité sur les océans d'une petite quantité.

Activités humaines Accélérer le processus

Les changements climatiques dus aux activités humaines sont la principale cause de cette accélération persistante de l'élévation du niveau de la mer. La combustion des combustibles fossiles, la déforestation et les processus industriels ont augmenté les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre, piégeant davantage la chaleur dans le système climatique terrestre.

L'accélération est indéniable dans les données. Le taux d'élévation du niveau de la mer mondiale a plus que doublé, passant de 0,06 pouce (1,4 millimètre) par an pendant la majeure partie du XXe siècle à 0,14 pouce (3,6 millimètre) par an entre 2006 et 2015. Ce doublement du taux en quelques décennies démontre l'impact profond des activités humaines sur les côtes de notre planète.

En outre, l'élévation du niveau de la mer accuse un retard par rapport aux changements de température de la Terre de plusieurs décennies, et l'élévation du niveau de la mer continuera donc d'accélérer d'ici 2050 en réponse au réchauffement qui s'est déjà produit, ce qui signifie que même si les émissions de gaz à effet de serre étaient réduites de façon spectaculaire aujourd'hui, les communautés côtières seraient encore confrontées à des décennies d'augmentation continue du niveau de la mer en raison du changement climatique qui s'est déjà produit.

Technologies avancées pour la cartographie des changements côtiers

La cartographie côtière moderne repose sur une combinaison d'observations par satellite, de relevés aériens et de mesures au sol, chacune offrant des avantages uniques pour le suivi des positions du littoral au fil du temps.

Télédétection par satellite

La télédétection par satellite est en train de devenir une technique de surveillance largement utilisée en sciences côtières, ce qui révolutionne notre capacité de surveiller les côtes à des échelles allant des plages locales à des continents entiers. La dernière décennie a été marquée par une croissance explosive dans ce domaine, avec une forte augmentation du nombre de publications sur les rivages dérivés par satellite depuis 2018, alors que le champ a commencé à exploiter l'imagerie satellitaire pour analyser les systèmes côtiers à des échelles régionales à mondiales sans précédent.

Les satellites Landsat-5, Landsat-7 et Landsat-8 ont attiré davantage l'attention des chercheurs sur l'extraction côtière, les bandes de longueurs d'onde presque infrarouges et visibles des satellites Landsat servant à déterminer les surfaces terrestres et aquatiques le long du littoral, qui fournissent des images historiques de plusieurs décennies, permettant aux scientifiques de suivre les changements côtiers à long terme avec cohérence et fiabilité.

La constellation satellite Sentinel-2 est également devenue un élément de la cartographie côtière. Ces plateformes, associées aux satellites Landsat, permettent de revoir fréquemment les zones côtières, ce qui permet une surveillance à haute résolution temporelle.

Les méthodes modernes exploitent le contraste entre la signature spectrale entre l'eau et la terre pour identifier automatiquement la rive, car l'eau absorbe facilement la lumière dans les bandes infrarouges à ondes proches et courtes, mais la terre ne l'utilise pas, et les indices d'image, comme l'indice de différence normalisée de l'eau (IDN), sont devenus les pierres angulaires des divisions de télédétection entre l'eau et la terre.

Les données de la côte mondiale, les cartes de probabilité d'eau et les zones intertidales provenant d'une vaste collection d'images multispectrales acquises par les satellites Maxar entre 2009 et 2023 sont fournies à une résolution spatiale élevée de 2 m dans le monde entier. Ce niveau de détail représente un bond en avant quantique dans notre capacité à cartographier et à surveiller les changements côtiers.

Technologie LiDAR

La technologie de détection et de ranging de la lumière (LiDAR) est devenue un outil inestimable pour la cartographie côtière, offrant une précision verticale exceptionnelle et la capacité de pénétrer la végétation pour cartographier les surfaces du sol.

Les systèmes LiDAR fonctionnent en émettant des impulsions rapides de lumière laser et en mesurant le temps nécessaire pour que la lumière rebondisse des surfaces. De l'avion ou des satellites, ces systèmes peuvent générer des cartes tridimensionnelles très détaillées de la topographie côtière. La technologie excelle à capturer des changements d'altitude subtiles qui sont critiques pour comprendre les risques d'inondation et les modèles d'érosion.

Les satellites altimétriques, par exemple, ICESat-2, utilisent une forme de Lidar pour cartographier la topographie des terres, de la végétation, de l'océan et/ou des nappes glaciaires. La perspective d'obtenir des mesures topographiques régulières à partir de LiDAR spatiale représente un développement particulièrement excitant pour la surveillance côtière, car elle pourrait fournir des données cohérentes et à haute résolution sur l'altitude dans de vastes zones côtières sans que cela ait à se faire au détriment de relevés aériens répétés.

Radar d'ouverture synthétique (SAR)

Les satellites de radar d'ouverture synthétique (SAR) émettent des impulsions d'ondes radio sur une scène cible et enregistrent le signal rétro-répertorié, offrant des avantages par rapport à des images optiques passives telles que la capacité d'imager la nuit, par couvert nuageux ou lors d'événements de tempête extrême.

La technologie SAR fonctionne indépendamment de la lumière du soleil et des conditions météorologiques, offrant des capacités d'imagerie toutes les saisons et toutes les nuits, ce qui permet d'observer plus fréquemment les zones côtières et de saisir des données critiques lors d'événements météorologiques extrêmes lorsque les changements côtiers peuvent être les plus dramatiques.

Photographie aérienne et sondages sur les drones

La technologie satellitaire offre une large couverture, mais la photographie aérienne et les véhicules aériens sans pilote (drones) offrent des capacités complémentaires pour la cartographie détaillée des côtes locales. Ces plates-formes peuvent capter des images à haute résolution et peuvent être déployées rapidement en réponse à des événements spécifiques tels que des tempêtes ou des épisodes d'érosion.

La photogrammétrie Structure-from-Motion (SfM) est apparue comme une technique puissante pour créer des modèles tridimensionnels détaillés à partir de photographies qui se chevauchent. Le système SQUID-5, avec son réseau à cinq caméras, permet aux chercheurs de collecter des images à haute résolution dans des environnements d'eau peu profonde, qui peuvent être utilisés pour créer des cartes tridimensionnelles complexes avec une précision et une géolocalisation sans précédent.

Enquêtes au sol et validation

Malgré la puissance des technologies de télédétection, les levés au sol demeurent essentiels pour valider les observations satellitaires et aériennes et pour saisir des détails à grande échelle dans des endroits précis. Les levés GPS, les mesures totales des stations et d'autres techniques traditionnelles de levé fournissent les données de vérité au sol nécessaires pour évaluer la précision des positions côtières à distance.

Tous les algorithmes fournissent une précision horizontale de l'ordre de 10 m sur les sites microtidales, mais la précision se détériore à mesure que l'aire de marée augmente, pour atteindre plus de 20 m pour une plage macrotidale à haute énergie avec morphologie à l'avant-sol complexe.

Méthodes de suivi des positions de rivage

Pour extraire des données de télédétection des positions précises du littoral, il faut des méthodes analytiques sophistiquées.

Algorithmes automatisés de détection des berges

Un certain nombre d'études ont utilisé l'imagerie optique par satellite pour cartographier les changements de position du littoral avec des niveaux d'automatisation croissants, tandis que la numérisation manuelle de la position du rivage est une méthode fiable et précise, en particulier sur les images à haute résolution, elle demeure longue et peu pratique lorsqu'elle est utilisée pour de longues étendues de côtes avec des centaines de révisions, ce qui a conduit à la mise au point d'algorithmes automatisés qui peuvent traiter efficacement de grandes quantités d'imagerie satellitaire.

L'indice de différence normalisée de l'eau (IDN) est devenu une technique fondamentale pour l'extraction automatisée des côtes. L'indice de différence normalisé de l'eau (IDN) peut être utilisé pour séparer les caractéristiques de l'eau et les caractéristiques autres que l'eau, facilitant ainsi l'identification des côtes.

La télédétection par satellite peut fournir des données riveraines à long terme peu coûteuses, permettant de résoudre les échelles temporelles d'intérêt pour les scientifiques et les ingénieurs côtiers sur des sites où il n'existe pas de mesures sur le terrain in situ. Des outils comme CoastSat tirent parti des capacités de calcul en nuage de Google Earth Engine pour traiter des décennies d'imagerie par satellite et extraire automatiquement les positions riveraines.

Corrections concernant les marées et niveaux de référence

L'un des principaux défis de la cartographie côtière est de tenir compte des variations de marée. La position du littoral change considérablement entre marée haute et marée basse, et les images satellite capturent le littoral à différents stades de marée. Sans correction adéquate, ces variations de marée peuvent être mal interprétées comme des changements réels de rivage.

Les côtes extraites correspondent à la hauteur médiane de marée de toutes les acquisitions d'images à un endroit, la hauteur de marée modélisée étant incluse dans le produit. Cette approche aide à normaliser les positions de rivage à différents moments d'observation, bien que des défis subsistent dans les zones à grandes plages de marée.

Les chercheurs ont élaboré des méthodes pour corriger les variations de la pente de la plage et des modèles de marée en utilisant des estimations de la pente de la plage. En connaissant l'altitude de la marée au moment de l'acquisition de l'image et de la pente de la plage, les scientifiques peuvent mathématiquement projeter la ligne de flottaison observée en un point de référence standard, ce qui permet de comparer de façon significative les positions de la rive au fil du temps.

Analyse multitemporelle

Pour comprendre les changements côtiers, il faut analyser les positions des rives sur plusieurs périodes.Les évaluations à grande échelle et sans soudure des changements côtiers ont souvent été fondées sur des lignes de tendance adaptées à un petit nombre de rivages historiques, qui ont souvent des lacunes de dix ans et sont prises de façon incohérente à différentes saisons, conditions des vagues, phases des marées, etc., et les études sur les changements côtiers plus anciens peuvent être catégorisées soit comme des études d'une plage spécifique à haute résolution spatiotemporelle, soit comme des études d'une longue côte à données temporelles peu abondantes.

La combinaison de satellites Landsat et Sentinel-2 permet de revoir les temps de quelques jours à de nombreux endroits, ce qui permet aux chercheurs de saisir des positions riveraines avec une fréquence sans précédent. Cette résolution temporelle élevée permet aux scientifiques de distinguer les fluctuations à court terme causées par des tempêtes individuelles ou des variations saisonnières et les tendances à long terme induites par l'élévation du niveau de la mer et d'autres facteurs.

Les méthodes statistiques peuvent identifier l'accélération ou la décélération des taux d'érosion, détecter les points de changement où le comportement côtier change et séparer les variations cycliques des tendances directionnelles. Ces méthodes analytiques transforment les données brutes sur la position du littoral en informations exploitables sur les tendances de changement côtier.

L'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle

On applique de plus en plus de techniques d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique à la cartographie des côtes, ce qui offre la possibilité d'améliorer la précision et d'automatiser les tâches de classification complexes.

Ces techniques avancées peuvent tirer des enseignements de vastes ensembles de données de formation pour identifier des modèles subtils qui distinguent différentes caractéristiques côtières. Les réseaux neuraux peuvent intégrer des informations provenant de bandes spectrales multiples, de séquences temporelles et de sources de données auxiliaires pour produire des classifications riveraines plus robustes que les méthodes traditionnelles fondées sur des seuils.

Variations régionales en hausse du niveau de la mer

Si le niveau moyen de la mer dans le monde fournit une mesure globale utile, la réalité de l'élévation du niveau de la mer varie considérablement d'un endroit à l'autre.

Circulation océanique et modèles régionaux

Dans certains bassins océaniques, le niveau de la mer a augmenté de 15 à 20 centimètres depuis le début de l'enregistrement satellite, et des différences régionales existent en raison de la variabilité naturelle de la force des vents et des courants océaniques, qui influent sur la quantité et l'endroit où la chaleur des dépôts océaniques est plus profonde.

Aux États-Unis, les taux d'élévation du niveau de la mer sont les plus rapides dans le golfe d'Amérique depuis l'embouchure du Mississippi vers l'ouest, suivie par le milieu de l'Atlantique.

Mouvement vertical des terres

L'élévation des terres côtières n'est pas statique. Le mouvement vertical des terres – qu'il s'agisse de subsidence (puissant) ou de soulèvement – peut considérablement amplifier ou compenser les effets de la montée des mers. Les taux de niveau local des mers sur les côtes peuvent être plus élevés que la moyenne mondiale en raison de processus géologiques comme le tassement des sols ou plus petits que la moyenne mondiale en raison de processus comme le rebond des masses terrestres depuis des siècles suite à la perte de glaciers d'âge glaciaire.

Les incertitudes quant aux projections moyennes et extrêmes du niveau de la mer sont aggravées par des facteurs locaux qui influent sur les taux de déplacement vertical des terres, qui peuvent être aussi rapides que l'élévation du niveau de la mer dans le monde, et la direction de la MV peut considérablement compenser ou aggraver l'évolution locale du niveau de la mer, connu sous le nom de niveau relatif de la mer, ce qui signifie que, dans certains endroits, la combinaison de la montée en mer et du naufrage des terres crée une double menace, tandis que dans d'autres régions, l'élévation des terres compense partiellement la montée en mer.

Dans de nombreux endroits le long du littoral américain, le taux d'élévation du niveau local de la mer est supérieur à la moyenne mondiale en raison de processus terrestres comme l'érosion, le pompage des hydrocarbures et des eaux souterraines et la subsidence.

Effets gravitationnels de la fonte des glaces

La répartition de l'élévation du niveau de la mer est également affectée par l'attraction gravitationnelle de grandes masses de glace. Lorsqu'un glacier ou une nappe glaciaire fond, il perd de sa masse, ce qui réduit son attraction gravitationnelle, et dans certains endroits près des glaciers et des calottes glaciaires actuels et anciens, cela a entraîné une baisse du niveau de l'eau.

Ces effets gravitationnels, combinés à des changements dans la rotation et la déformation de la Terre solide, créent des modèles spatiaux complexes de changement du niveau de la mer. La cartographie côtière précise doit tenir compte de ces variations régionales plutôt que d'assumer une élévation uniforme du niveau de la mer mondiale.

Impacts globaux de l'évolution des lignes côtières

La transformation des côtes due à l'élévation du niveau de la mer crée des impacts en cascade sur les dimensions environnementales, sociales et économiques.

Perte de terres et érosion côtière

L'impact le plus direct de l'élévation du niveau de la mer est l'inondation permanente de terres côtières de faible altitude. Si le niveau de la mer augmente d'environ 3 pieds, il mettrait 37 % de plus de terres sous l'eau que ce qui est supposé actuellement, affectant jusqu'à 132 millions de personnes dans le monde.

L'érosion côtière s'accélère à mesure que les mers montantes permettent aux vagues d'attaquer les rivages à des altitudes plus élevées. Les plages, les dunes et les bouffons côtiers qui sont restés stables depuis des décennies ou des siècles peuvent commencer à s'éroder rapidement à mesure que le niveau de la mer monte.

Déplacement des communautés

Les petits États insulaires sont des nations dont les populations se trouvent sur des atolls et d'autres îles basses qui atteignent en moyenne 0,9–1,8 m au-dessus du niveau de la mer, et ce sont les endroits les plus vulnérables à l'érosion côtière, aux inondations et à l'intrusion de sel dans les sols et l'eau douce, du fait de l'élévation du niveau de la mer.

L'élévation du niveau de la mer peut rendre une île inhabitable avant d'être complètement inondée, car les enfants des petits États insulaires rencontrent des difficultés d'accès à la nourriture et à l'eau et souffrent d'un taux accru de troubles mentaux et sociaux dus à ces stress.

Au rythme actuel, l'élévation du niveau de la mer serait suffisamment élevée pour rendre les Maldives inhabitables d'ici 2100, ce qui souligne l'urgence des efforts d'atténuation visant à ralentir l'élévation du niveau de la mer et des mesures d'adaptation pour aider les communautés vulnérables.

Destruction des écosystèmes et perte d'habitat

Les milieux humides côtiers seront submergés si le taux de migration est trop rapide pour qu'ils puissent migrer vers le haut, ce qui entraînerait la perte d'un écosystème, et les mangroves et les marais marémoteurs se protégeront contre les ondes de tempête, les vagues et les tsunamis, ce qui aggravera les effets de l'élévation du niveau de la mer, ce qui créera une boucle de rétroaction dangereuse où la perte des écosystèmes amplifiera les impacts de l'élévation du niveau de la mer sur les communautés humaines.

Les activités humaines telles que la construction de barrages peuvent limiter l'approvisionnement en sédiments des zones humides, ce qui empêcherait les processus d'adaptation naturelle, et la perte de certains marais marémoteurs est inévitable en conséquence.

Les récifs coralliens, qui soutiennent une biodiversité extraordinaire et protègent les côtes de l'énergie des vagues, sont également menacés par l'élévation du niveau de la mer. Les coraux doivent croître verticalement pour rester près de la surface de la mer afin d'obtenir suffisamment d'énergie de la lumière du soleil, et les coraux ont jusqu'à présent réussi à maintenir la croissance verticale avec les mers montantes, mais pourraient ne pas être en mesure de le faire à l'avenir.

Les zones intertidales sont des régions dynamiques qui pourraient être reconnues comme des zones côtières sensibles aux variations du niveau de la mer, et ces zones côtières de faible altitude jouent un rôle majeur dans l'équilibre des écosystèmes, la protection contre les ondes de tempête et la stabilisation des côtes.

Risque accru d'inondation et de tempête

Les inondations à fort débit sont maintenant de 300 % à plus de 900 % plus fréquentes qu'il y a 50 ans. Cette augmentation spectaculaire des inondations nuisantes perturbe le transport, endommage les infrastructures et dégrade la qualité de vie des collectivités côtières.

La hausse du niveau de la mer de base signifie que les ondes de tempête atteignent des altitudes plus élevées, étendent les zones d'inondation à l'intérieur des terres et accroissent la profondeur des inondations dans les zones déjà à risque. La combinaison de mers plus élevées et de tempêtes potentiellement plus intenses crée des risques composés pour les communautés côtières.

Vulnérabilité des infrastructures

Les infrastructures côtières – routes, ponts, installations de traitement de l'eau, centrales électriques et bâtiments – sont de plus en plus exposées aux inondations, à l'érosion et à l'intrusion dans les eaux salées à mesure que les côtes changent.

Les coûts économiques liés à l'adaptation ou au déplacement des infrastructures côtières sont énormes. Les décisions concernant la protection, l'adaptation ou la retrait des mers montantes nécessitent des informations détaillées sur les positions actuelles et futures du littoral.

Applications de la cartographie des changements côtiers

Les cartes détaillées et les produits de données produits par la surveillance des changements côtiers servent à de nombreuses applications pratiques qui appuient la prise de décisions et la gestion des ressources.

Évaluation et modélisation des risques d'inondation

Les cartes des changements côtiers fournissent des intrants essentiels pour les modèles de risque d'inondation qui prédisent quelles zones seront inondées dans différents scénarios d'élévation du niveau de la mer et conditions de tempête.

Les scénarios sont dérivés des rapports techniques de la NOAA sur l'élévation du niveau de la mer et tiennent compte de l'élévation moyenne du niveau de la mer, des changements régionaux dans la circulation des océans, des changements dans le champ de gravité de la Terre dus à la redistribution de la fonte des glaces et du mouvement vertical local des terres.

Les valeurs d'extrapolation observationnelle régionale représentent des estimations de l'élévation relative du niveau de la mer projetée jusqu'en 2050 et sont basées sur les données des marégraphes de 1970 à 2020, et pour créer ces trajectoires, le taux d'élévation du niveau de la mer est calculé à partir de séries régionales d'observations des marégraphes puis extrapolées jusqu'en 2050, ces trajectoires étant ajustées pour les cycles naturels à grande échelle.

Préservation de l'habitat et gestion des écosystèmes

La cartographie côtière aide à identifier les zones où les zones humides migrent à l'intérieur des terres, où les plages s'érodent et où des mesures de protection peuvent contribuer à préserver des écosystèmes précieux.

Les prévisions représentent la répartition potentielle de chaque type de milieu humide en fonction de son altitude et de la fréquence à laquelle il peut être inondé dans chaque scénario, et à mesure que le niveau de la mer augmente, certains marais peuvent migrer dans des zones voisines de faible altitude, tandis que d'autres sections de marais changeront de type ou seront perdues en eau libre.

Les zones côtières de faible altitude sont un ensemble de données révélatrices provenant d'images satellitaires pour l'évaluation des risques côtiers dans la zone côtière dynamique, et le risque est particulièrement important pour les régions ayant de vastes régions côtières de faible altitude, comme le Bangladesh et l'Alaska, car la zone côtière occidentale du Bangladesh est très vulnérable aux crues soudaines en raison de ses terres côtières de faible altitude et de sa mauvaise défense contre les ondes de surtension.

Planification urbaine et infrastructure

Les collectivités côtières ont besoin de projections fiables des positions futures des rives pour prendre des décisions éclairées quant à l'endroit où elles pourraient permettre le développement, où investir dans des infrastructures de protection et où il pourrait être nécessaire de gérer le retrait.

Les règlements de zonage, les codes du bâtiment et les investissements dans les infrastructures intègrent de plus en plus les projections de hausse du niveau de la mer fondées sur les données de cartographie côtière.

Préparation aux catastrophes et interventions d ' urgence

Les gestionnaires des urgences s'appuient sur les données cartographiques côtières pour élaborer des plans d'évacuation, positionner les ressources d'urgence et communiquer les risques au public.

Les évaluations après une catastrophe dépendent également d'une cartographie précise des côtes. La comparaison des positions avant et après une tempête aide à quantifier les impacts des événements extrêmes et à éclairer les décisions de rétablissement et de reconstruction.

Surveillance et recherche sur les changements climatiques

Les données à long terme sur les positions des rives fournissent des preuves empiriques de la façon dont les mers montantes affectent les côtes et aident à valider les projections des modèles climatiques. Ces observations aident à vérifier les prévisions tirées des simulations des changements climatiques.

La recherche sur les processus côtiers, le transport des sédiments et la dynamique des écosystèmes bénéficie tous de données cartographiques côtières détaillées.

Détermination du tracé de la frontière entre les biens et les lois

Dans de nombreux pays, les limites des propriétés sont définies par rapport aux caractéristiques du littoral, comme la ligne de flottaison moyenne. À mesure que les côtes changent, ces limites se déplacent aussi, ce qui crée des questions juridiques complexes sur les droits de propriété et l'accès du public.

Les frontières maritimes entre les nations et les juridictions peuvent aussi être affectées par les changements côtiers. Le droit international définit souvent les eaux territoriales et les zones économiques exclusives en fonction des caractéristiques côtières, ce qui fait de la cartographie précise des côtes une question de souveraineté nationale et de droits sur les ressources.

Problèmes de cartographie côtière

Malgré des progrès technologiques remarquables, la cartographie côtière est confrontée à de nombreux défis qui influent sur la précision, la couverture et l'utilité.

Variations des marées et fluctuations des niveaux d'eau

La nature dynamique de l'interface terre-eau pose des défis fondamentaux pour la définition et la cartographie des côtes. La variabilité du niveau d'eau associée à l'acquisition de chaque image satellite peut constituer une source importante d'erreurs dans les lignes de flottaison dérivées des satellites, réduisant ainsi leur représentativité lorsqu'on décrit les changements de côtes.

L'action des vagues, les ondes de tempête, les variations saisonnières du niveau de l'eau et les cycles climatiques à long terme contribuent tous aux fluctuations de la position du rivage observé.

Couverture nuageuse et disponibilité de l'image

Dans les régions où la couverture nuageuse persiste, il peut être difficile d'obtenir des images claires du littoral, ce qui peut créer des lacunes dans les données temporelles et biaiser les observations vers certaines saisons ou conditions météorologiques.

Bien que les satellites SAR puissent se représenter à travers les nuages, ils présentent leurs propres défis d'interprétation et ne sont pas encore aussi largement utilisés pour la cartographie côtière de routine que les capteurs optiques.

Complexité côtière et hétérogénéité

Les côtes présentent une grande diversité de caractéristiques physiques, des plages de sable aux falaises rocheuses, des forêts de mangroves aux récifs coralliens. La pertinence des données et de certains algorithmes d'extraction pour plusieurs types de côtes spécifiques, y compris les côtes rocheuses, les côtes sablonneuses, les côtes boueuses, les côtes biologiques et les côtes artificielles varie considérablement.

Les côtes végétales présentent des défis particuliers, car la frontière entre terre et eau peut être masquée par les mangroves, les herbages de marais ou d'autres végétaux. Les côtes artificielles avec des murs de mer, des jetées et d'autres structures créent des frontières pointues qui peuvent être plus faciles à détecter mais qui représentent des systèmes fondamentalement différents que les rives naturelles.

Traitement des données et demandes informatiques

Les méthodes traditionnelles sont souvent difficiles à utiliser pour la collecte, le stockage et le traitement de données massives dans la cartographie côtière mondiale. Le volume d'imagerie satellitaire disponible pour la cartographie côtière a augmenté de façon exponentielle, créant des opportunités et des défis.

Les plateformes de calcul en nuage comme Google Earth Engine ont contribué à démocratiser l'accès à ces ressources informatiques, mais le développement et la mise en œuvre d'algorithmes efficaces restent un défi technique important.

Précision et validation

Il n'existe aucune étude comparative comparant la performance des algorithmes de cartographie des rives de source satellitaire populaires à des ensembles normalisés d'entrées et de données de validation, et un nouveau cadre de comparaison évalue la précision des observations de changement des rives extraites d'images satellitaires accessibles au public, avec précision et précision de cinq algorithmes de cartographie des rives établis évalués sur quatre plages sablonneuses où les conditions géologiques et océanographiques varient.

Pour établir la précision des rivages dérivés des satellites, il faut comparer les données de qualité, qui coûtent cher et prennent du temps à recueillir. La précision de la cartographie côtière varie selon le type de littoral, l'étendue de marée, la résolution des images et les algorithmes utilisés.

Questions de référence

La plupart des recherches scientifiques utilisent des hauteurs océaniques d'environ 10 pouces de moins qu'elles ne le sont actuellement, ce qui signifie que l'impact total de l'élévation future du niveau de la mer est sous-estimé parce que plus de terres sont inondées que les études précédentes, et que la sous-estimation est plus importante en Asie du Sud-Est et dans la région de l'Indo-Pacifique, où le niveau de la mer est plus élevé que la plupart des recherches ne le supposent.

Ce « point mort méthodologique » provient des modèles informatiques que les scientifiques utilisent, pour estimer le niveau de la mer actuelle, pour utiliser un modèle gravitationnel de la planète, aussi connu sous le nom de modèle géoid, qui simule la façon dont les océans rencontrent la terre, en tenant compte de la gravité et de la rotation de la Terre, mais il ne tient pas compte d'autres facteurs qui influent sur la hauteur de l'océan, comme les marées, les courants océaniques et les vents de commerce.

Projections et scénarios futurs

Pour comprendre comment les côtes pourraient changer à l'avenir, il faut combiner les observations des tendances actuelles et les projections de l'élévation future du niveau de la mer selon différents scénarios climatiques.

Projections à court terme (2030-2050)

Les scientifiques prévoient que dans les 20 prochaines années, la mer aura augmenté de 6 pouces de plus. Cette projection à court terme est relativement certaine parce que la hausse du niveau de la mer au cours des prochaines décennies est déjà bloquée par les émissions de gaz à effet de serre passées et l'inertie thermique du système océanique.

Si nous sommes en mesure de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre, le niveau de la mer aux États-Unis en 2100 devrait être d'environ 0,6 mètre (2 pieds) plus élevé en moyenne qu'en 2000. Même dans des scénarios optimistes, une hausse importante du niveau de la mer est inévitable, ce qui nécessite des efforts d'adaptation importants dans les collectivités côtières.

Projections à long terme (2050-2100 et au-delà)

Les projections actuelles de l'élévation du niveau de la mer à la fin du XXIe siècle varient entre 40 cm et 2,5 m, et cette vaste plage de projections résulte d'incertitudes concernant les émissions futures de gaz à effet de serre, l'expansion thermique, la fonte des glaciers et des glaciers, et les ajustements isostatiques.

À la fin du siècle, le niveau moyen mondial de la mer devrait augmenter d'au moins un pied au-dessus des niveaux de 2000, même si les émissions de gaz à effet de serre suivent une trajectoire relativement faible au cours des prochaines décennies.

Le taux de résilience s'accélère et continuera d'augmenter dans tous les scénarios d'émissions bien au-delà de la fin du 21e siècle. Cet engagement à long terme à poursuivre l'élévation du niveau de la mer signifie que l'adaptation côtière sera un défi permanent pour les siècles à venir, indépendamment des décisions de politique climatique à court terme.

Planification des scénarios et incertitude

Compte tenu de la vaste gamme d'avenirs possibles, les planificateurs côtiers utilisent de plus en plus des approches fondées sur des scénarios qui tiennent compte de multiples trajectoires possibles de l'élévation du niveau de la mer.

Les cadres de gestion adaptative permettent aux collectivités d'ajuster leurs stratégies à mesure que de nouvelles informations deviennent disponibles et que les projections de l'élévation du niveau de la mer sont affinées.

Stratégies de gestion côtière

La cartographie précise des zones côtières permet d'orienter trois grandes catégories de stratégies d'adaptation : la protection, l'hébergement et la retraite gérée.

Stratégies de protection

Des approches techniques rigoureuses, comme les digues, les digues et les barrages de tempête, visent à empêcher la montée des mers et à protéger les activités de développement existantes, qui peuvent être efficaces, mais qui sont coûteuses à construire et à entretenir, qui peuvent avoir des effets négatifs sur l'environnement et qui, en fin de compte, limitent la capacité de résistance de l'élévation du niveau de la mer.

Les solutions fondées sur la nature, comme la nourriture des plages, la restauration des dunes et la création de zones humides, peuvent offrir une protection tout en apportant des avantages écosystémiques.Ces approches « infrastructure verte » fonctionnent souvent mieux en combinaison avec des solutions d'ingénierie traditionnelles, créant des systèmes hybrides plus résistants et durables.

Stratégies d'hébergement

Les approches d'hébergement acceptent un certain degré d'inondation et de changement côtier tout en adaptant les activités humaines à ces nouvelles conditions. L'élévation des bâtiments, la création d'infrastructures résistantes aux inondations et la modification de l'utilisation des terres pour être compatible avec l'inondation périodique, relèvent de cette catégorie.

Les structures flottantes, l'architecture amphibie et d'autres conceptions novatrices représentent des stratégies d'hébergement émergentes qui permettent de continuer à utiliser les zones côtières malgré la montée des mers.

Retraite gérée

Dans certains endroits, la stratégie la plus pratique à long terme pourrait consister à déplacer le développement des zones côtières les plus vulnérables. Le retrait géré est souvent difficile sur les plans politique et social, mais peut être nécessaire dans les zones gravement érodées ou fréquemment inondées.

Les servitudes en cours d'exécution, les restrictions de développement dans les zones à risque élevé et les programmes de rachat des propriétés sujettes aux inondations représentent différentes approches pour faciliter la retraite gérée.

Coopération internationale et partage de données

Le changement côtier est un défi mondial qui exige une coopération internationale dans le domaine de la surveillance, de la recherche et de la planification de l'adaptation.

Réseaux mondiaux de suivi

Les missions internationales de satellites, les réseaux marégraphiques et les collaborations de recherche constituent la base de la surveillance côtière mondiale. La série continue de satellites d'observation des océans a commencé avec TOPEX/Poseidon, qui a été lancé en 1992, et Sentinel-6 Michael Freilich, lancé en 2020 et repris en 2022 de son prédécesseur, Jason-3, et dans les mois à venir, Sentinel-6 Michael Freilich passera le bâton à son jumeau, Sentinel-6B, lancé en novembre.

Ces missions internationales assurent la continuité des données relatives au niveau de la mer et assurent une couverture mondiale cohérente. Les données qu'elles produisent sont librement accessibles aux chercheurs et aux gestionnaires côtiers du monde entier, ce qui appuie la prise de décisions fondées sur des données probantes dans les pays à tous les niveaux de développement.

Initiatives d'évaluation régionale

Le Centre de connaissances sur l'élévation du niveau de la mer est un effort conjoint de JPI Climate et JPI Oceans, axé sur les changements régionaux au niveau de la mer en Europe, soutenant l'élaboration et la mise en œuvre de politiques connexes aux niveaux local, national et européen en fournissant une plateforme collaborative pour l'échange, la synthèse et l'intégration des connaissances sur l'élévation du niveau de la mer aux niveaux régional et mondial, historique et futur, et grâce à ses travaux, le Centre rassemble des professionnels de la recherche et des politiques de diverses disciplines.

Le premier rapport d'évaluation sur l'élévation du niveau de la mer en Europe a été publié en 2024 en collaboration avec l'initiative État de la planète, parallèlement à une brochure axée sur les politiques, et une deuxième phase de cadrage a commencé au début de 2026, en fixant les priorités et en recueillant les contributions pour le prochain cycle d'évaluation.

Renforcement des capacités et transfert de technologie

La coopération internationale en matière de formation, de transfert de technologie et de partage de données permet à tous les pays d'accéder aux informations dont ils ont besoin pour protéger leurs côtes et leurs populations.

Les outils libres, les données satellitaires librement disponibles et les réseaux de recherche collaboratifs démocratisent l'accès aux capacités de cartographie côtière, ce qui permet aux chercheurs et aux gestionnaires côtiers des pays en développement de réaliser leurs propres analyses et d'élaborer des stratégies d'adaptation adaptées à l'échelle locale.

Technologies émergentes et orientations futures

Le domaine de la cartographie côtière continue d'évoluer rapidement, les nouvelles technologies et approches promettant d'améliorer la précision, la couverture et l'utilité.

Missions satellitaires de prochaine génération

Les missions satellites à venir promettent une meilleure résolution spatiale, une meilleure couverture temporelle et des capacités de mesure. Les satellites radar avancés, les images hyperspectrales et les systèmes LiDAR basés dans l'espace fourniront de nouvelles perspectives sur les changements côtiers et permettront une surveillance plus détaillée des environnements côtiers complexes.

L'intégration des données provenant de plusieurs constellations satellitaires, y compris des missions gouvernementales et commerciales, permettra une résolution temporelle sans précédent. Les observations quotidiennes ou même sous-quotidiennes des côtes deviendront courantes dans de nombreux endroits, ce qui permettra de surveiller les changements côtiers en temps quasi réel.

Intelligence artificielle et analyse des données massives

Les algorithmes d'apprentissage automatique sont de plus en plus perfectionnés pour extraire les côtes de l'imagerie satellitaire, gérer des environnements côtiers complexes et intégrer des données multisources.

L'analyse des données massives permet de traiter les petaoctets d'imagerie satellitaire pour créer des produits de changement côtier à l'échelle mondiale. Ces ensembles de données complets révèlent des tendances et des tendances qui seraient impossibles à détecter par des études localisées, faisant progresser la compréhension scientifique des processus côtiers et des impacts des changements climatiques.

Science citoyenne et données sur la population

Les applications de téléphone intelligent et les initiatives de science citoyenne font participer le public à la surveillance côtière, en recueillant des observations au sol qui complètent les données satellitaires.

Ces approches participatives sensibilisent également le public aux questions côtières et l ' engagent à les aborder, ce qui pourrait renforcer l ' appui aux mesures d ' adaptation et à la gestion durable des zones côtières.

Intégration aux modèles climatiques et aux modèles de processus côtiers

L'intégration plus étroite entre la cartographie côtière observationnelle et les modèles numériques de processus côtiers promet d'améliorer les deux. Les observations peuvent valider et calibrer les modèles, tandis que les modèles peuvent aider à interpréter les observations et à projeter les changements futurs.

Coupled models that integrate sea level rise, wave dynamics, sediment transport, and ecosystem processes will provide more comprehensive and realistic projections of coastal change. These integrated modeling systems will help coastal managers understand the complex interactions that drive coastal evolution.

Principales demandes pour les intervenants côtiers

Les différents groupes d'intervenants utilisent l'information cartographique côtière de différentes façons pour répondre à leurs besoins et responsabilités spécifiques.

  • Évaluation des risques de flottaison:[ Les compagnies d'assurance, les gestionnaires d'urgence et les propriétaires immobiliers utilisent les cartes côtières pour comprendre l'exposition actuelle et future aux inondations, établir les taux d'assurance, élaborer des plans d'évacuation et prendre des décisions éclairées au sujet des investissements immobiliers.
  • Préservation de l'habitat : Les organismes de conservation et les organismes environnementaux s'appuient sur la cartographie côtière pour identifier les habitats essentiels, suivre les changements des écosystèmes, prioriser les investissements de conservation et évaluer l'efficacité des projets de restauration.
  • Planification urbaine: Les planificateurs et les promoteurs municipaux utilisent les projections de rivage pour orienter les décisions de zonage, établir des revers dans les bâtiments, planifier les investissements en infrastructure et s'assurer que les nouveaux développements sont résilients aux changements côtiers futurs.
  • Préparation aux catastrophes: Les organismes de gestion des urgences dépendent de cartes côtières précises pour élaborer des voies d'évacuation, positionner les ressources d'urgence, communiquer les risques au public et coordonner les efforts d'intervention en cas de catastrophe côtière.
  • Gestion des ressources:[ Les organismes responsables de la gestion des ressources côtières utilisent les données cartographiques pour surveiller l'érosion des plages, suivre le mouvement des sédiments, évaluer les impacts des structures côtières et prendre des décisions sur la nourriture des plages et d'autres interventions de gestion.
  • Planification de l'adaptation au climat:[ Les gouvernements régionaux et nationaux utilisent les projections de changement côtier pour élaborer des stratégies d'adaptation à long terme, allouer des ressources à la protection côtière et coordonner les interventions multigouvernementales en cas d'élévation du niveau de la mer.
  • Recherche scientifique:[ Les chercheurs de plusieurs disciplines utilisent des données de cartographie côtière pour étudier les processus côtiers, valider les modèles climatiques, comprendre la dynamique des écosystèmes et faire progresser les connaissances fondamentales sur la façon dont les côtes réagissent aux changements climatiques.
  • Communication publique: Les outils de visualisation basés sur les données cartographiques côtières aident à communiquer les risques et les impacts de l'élévation du niveau de la mer au public, aux décideurs et aux autres parties prenantes, en renforçant l'appui aux mesures d'adaptation et aux mesures climatiques.

La voie à suivre

La cartographie des changements de littoral dus à l'élévation du niveau de la mer représente à la fois un défi technique et un impératif sociétal. L'accélération du changement de littoral exige des capacités de surveillance de plus en plus sophistiquées, tandis que les impacts croissants sur les communautés et les écosystèmes exigent que les informations cartographiques soient traduites en actions efficaces.

Les progrès récents dans les technologies satellitaires, la puissance informatique et les méthodes d'analyse ont considérablement amélioré notre capacité de suivre les changements côtiers à des échelles allant de plages individuelles à des continents entiers. Ce qui était traditionnellement une entreprise à forte intensité de travail et de temps a été transformé par la qualité et la quantité de données fournies par les techniques de télédétection par satellite, et des études à l'échelle mondiale sur les côtes du monde ont été réalisées pour une fraction du coût de nombreuses études sur le terrain à forte intensité de main-d'oeuvre.

La traduction des données cartographiques côtières en une adaptation efficace nécessite des investissements soutenus dans les systèmes de surveillance, des recherches continues pour améliorer les méthodes de cartographie et réduire les incertitudes, et des liens solides entre la communauté scientifique et les décideurs.Les chercheurs du climat estiment qu'il est important d'avoir une idée précise de l'impact global, en particulier pour les pays vulnérables qui demandent instamment au monde de faire davantage dans les négociations internationales sur le climat.

Le défi de s'adapter aux changements de littoral persistera pendant des décennies et des siècles à venir. Pour construire des communautés côtières résilientes, il faut non seulement comprendre où se trouvent les côtes aujourd'hui, mais aussi prévoir où elles seront à l'avenir et planifier en conséquence.

En ce qui concerne l'avenir, il sera essentiel de continuer à innover dans les technologies et les méthodes de cartographie côtière. Il sera tout aussi important de veiller à ce que l'information produite par ces systèmes atteigne les personnes et les institutions qui en ont besoin, sous des formes qu'elles peuvent comprendre et utiliser.

Pour plus d'informations sur l'élévation du niveau de la mer et la surveillance côtière, visitez le site Climate.gov de la NOAA et explorez [NASA's Sea Level Portal pour les dernières données et visualisations.