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Geo-Ocean
LETG

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Région Bretagne et UBO

Résumé

La thèse porte sur la contribution de la télédétection spatiale multiangulaire (Pléiades et Pléiades Neo) au suivi et à la compréhension de l’érosion des falaises. Cette thèse analysera différents types de falaises (meubles et rocheuses), situées dans différentes régions. Seront ainsi étudiées des falaises meubles en Bretagne (qui représentent 20 % du linéaire côtier breton) et des falaises rocheuses calcaires en Normandie et sur l’île de Zakynthos (Grèce). Sur ces trois sites, les falaises reculent rapidement (> 10 cm/an) et menacent des enjeux implantés à proximité de la falaise (personnes, biens, activités, réseaux…). Cela soulève des questions scientifiques, sociétales et politiques sur la gestion et l’aménagement du littoral, et ce, dans un contexte de changement global. L’échelle synoptique des images satellites (en cohérence avec l’échelle de gestion du littoral, qui va de quelques km à centaines de km), le nombre croissant de satellites et la répétitivité des acquisitions propices au suivi saisonnier et événementiel, ainsi que la très haute résolution (THR) des images et la grande agilité des satellites (capables d’acquérir des images obliques variées) sont autant de critères qui offrent de nouvelles perspectives en termes de suivi des évolutions des côtes à falaises, et notamment du front de falaise, référentiel jusque-là impossible à étudier à partir d’images acquises au nadir. Le projet EROFALITT (EROsion des FAlaises du LITToral normand), financé par le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) et coordonné entre 2016 et 2020 par P. Letortu, a permis de démontrer le potentiel de l’imagerie spatiale THR et agile dans le suivi et la compréhension de l’érosion des falaises. Le sujet de thèse proposé ici permettra de préciser cette contribution en étudiant (1) le suivi pluridécennal des vitesses de recul du haut de falaise par imagerie aérienne et spatiale THR sous SIG (Systèmes d’Information Géographique) ; (2) la détection semi-automatique de mouvements gravitaires par apprentissage statistique (type Machine Learning) afin de suivre les rythmes et les modalités d’éboulement ; (3) la reconstruction 3D par stéréorestitution des zones de changement potentielles afin de calculer l’érosion du front de falaise (vitesses de recul complémentaires de celles mesurées en haut de falaise, informations sur la diffusion spatiale et temporelle de l’instabilité des parois) ; (4) la comparaison des dynamiques d’érosion entre les différents sites étudiés et la proposition d’hypothèses permettant d’expliquer ces différences. Par ailleurs, une attention particulière sera portée à la dissémination des méthodes et des résultats auprès des élus et des gestionnaires afin d’intégrer durablement le jeu de données d’imagerie spatiale dans une « boîte à outils » pour une gestion pérenne des territoires côtiers. Il s’agira également d’améliorer la prise en compte des données satellites dans le cadre des services d’observations dédiés au trait de côte (par ex. le Service National d’Observation Dynalit), labellisés par les organismes de recherche nationaux et européens.

Méthodologie

Cette thèse se focalisera sur trois sites : Pléneuf-Val-André (falaises meubles, Bretagne), Varengeville-sur-Mer (falaises rocheuses calcaires, Normandie) et Keri sur l’île de Zakynthos (falaises rocheuses calcaires, Grèce). Ces falaises, possédant un FF subvertical et pluridécamétrique, reculent rapidement (>10 cm/an), maximisant les probabilités d’occurrence des éboulements. Considérer deux contextes bioclimatiques différents (climat tempéré océanique et climat méditerranéen) permettra de bénéficier de différents contextes météorologiques pour l’acquisition d’images satellites dépointées et d’évaluer le rôle des facteurs météorologiques (entre autres) dans les dynamiques d’érosion des falaises calcaires. Par ailleurs, les orientations variées des falaises (nord en Normandie, nord-ouest en Bretagne, sud-ouest pour Zakynthos) permettront de tester différentes configurations d’acquisition des images satellites. Ces trois sites sont étudiés depuis plusieurs décennies et il sera possible de réaliser des levés photogrammétriques qui serviront de vérité terrain. La variété des sites permettra d’évaluer la transposabilité de la méthode, afin que les autres acteurs de la communauté scientifique et de la société civile puissent en bénéficier.

La collecte des images satellites THR et des données de validation est financée par le projet CNES HIRACLES (HIgh Resolution imAgery for CLiff Erosion Studies), coordonné par P. Letortu (2021-2023). À partir de ces images, la méthodologie envisagée combine des approches classiques et des volets innovants qui sont davantage explicités ci-dessous :

- un suivi diachronique classique de la position du sommet de falaise sous SIG (à partir des images acquises pour la thèse et d’archives) pour obtenir des vitesses annuelles d’érosion ;

- une approche orientée « front de falaise », avec la mise en place d’une détection semi-automatique des mouvements gravitaires grâce à un apprentissage statistique. En effet, les images satellites d’un FF s’avèrent être un jeu de données massivement multivarié, que ce soit en fonction des caractéristiques propres au site (couleur, texture, hauteur, orientation de la falaise) ou des caractéristiques de l’acquisition (trajectographie du satellite par rapport au site, heure de passage, saison, météo). Aussi, pour identifier les zones d’éboulements (et plus largement des zones aux caractéristiques communes), des méthodes de Machine Learning seront mises en œuvre, car la diversité des sites devrait permettre de créer un jeu de données d’entraînement suffisamment varié pour couvrir au mieux l’ensemble des configurations possibles ;

- à partir de ces résultats de segmentation et des couples stéréoscopiques, une reconstruction 3D sera réalisée. Pour la restitution du FF, l’un des résultats du projet EROFALITT soulignait l’importance d’optimiser les paramètres de traitement en fonction des caractéristiques de la zone. La qualité des reconstructions devrait donc se trouver améliorée en travaillant de façon plus ciblée sur ces zones d’éboulements. Les chaînes de traitement ASP, Micmac et ERDAS Imagine ayant été testées, ces routines pourront être réutilisées. Par ailleurs, les nouvelles possibilités offertes par le logiciel Agisoft Metashape ou la chaîne de traitement CARS du CNES seront également testées ;

- les précédentes étapes renseigneront sur les rythmes et les modalités d’érosion (taille des éboulements, cinématique, durée d’évacuation des éboulements par la mer…). Une analyse des données d’érosion sera menée afin d’expliquer les différences obtenues entre les sites d’étude ;

- la dissémination de nos méthodes et résultats auprès des élus et des gestionnaires sera facilitée par les rapports privilégiés entretenus par l’équipe encadrante avec ces interlocuteurs dans le cadre des observatoires régionaux et interrégionaux du littoral (OSIRISC, ROL…).