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Système de surveillance en continu de la dynamique sédimentaire du littoral

RIVAGES2

Entreprise

Waves’n See 

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Descriptif simplifié

Le système WaveCams permet de mieux anticiper les phénomènes d’érosion côtière, grâce à un suivi continu de la dynamique hydro-sédimentaire du littoral. A l’aide de simple caméras vidéo positionnées en haut de plage, il est désormais possible de suivre à tout moment l’évolution du trait de côte, et surtout les déplacements et volumes des sédiments (ex : bancs de sable), même en zone submergée

Descriptif détaillé

Le système de suivi du littoral WaveCams se compose d’une partie instrumentation et d’une partie logicielle. Nos caméras (de simples caméras fixes de type vidéosurveillance) sont installées en haut de plage, sur un mât ou en haut d’un immeuble, de sorte à filmer la mer, de la plage au trait d’horizon. Le flux vidéo est ensuite rapatrié automatiquement sur nos serveurs. Les vidéos sont traitées par le logiciel de calcul que nous avons développé, qui nous permet d’extraire les paramètres suivants à partir de simples séquences d’images haute fréquence : paramètres de houle, plus hauts niveaux de mer atteints, surcotes, topographie du haut de plage (trait de côte), bathymétrie en zone submergée (morphologie des fonds marins sur la zone de déferlement), évaluation des volumes et des déplacements des stocks de sédiments. Les données sont ensuite restituées aux décideurs sous la forme d’un tableau de bord, qui permet de piloter la gestion de la bande côtière à différents horizons temporels selon les besoins (quotidien, saisonnier, long terme) en disposant d’un ensemble complet de données à partir d’un unique instrument de mesure, et de suivre l’évolution du littoral en quasi temps réel.

Ces différentes données sont essentielles pour les acteurs chargés de la préservation et de la gestion du littoral et de ses ressources (en France, principalement les collectivités territoriales ; à l’étranger, il peut s’agir d’acteurs publics ou privés), notamment pour faire face aux phénomènes naturels que sont l’érosion côtière et les tempêtes. L’objectif de notre système est d’accompagner les gestionnaires du littoral vers le point d’équilibre naturel de la plage en matière d’échanges hydro-sédimentaires, par une fine connaissance de cette dynamique à l’échelle locale. En effet, le manque de données ou la méconnaissance[1] de la dynamique hydro-sédimentaire locale conduisent bien souvent à des décisions de gestion inadaptées sur le littoral (par exemple, la construction de certaines digues peut accélérer le phénomène d’érosion), avec des conséquences économiques et écologiques non négligeables

[1] Soit par l’absence de données, par une mauvaise compréhension de celle-ci par les décideurs, ou par l’utilisation de modèles régionaux qui ne correspondent pas à la réalité locale.

Caractère innovant de l’innovation

Les révolutions de ces dernières années en matière de traitement d’image ont ouvert de nouveaux possibles dans le champ de la télédétection scientifique. Ainsi notre travail d’innovation croise les dernières avancées en matière de traitement d’image à celles de la recherche océanographique, afin de développer un outil innovant de monitoring vidéo qui, par ses caractéristiques mêmes, offre de toutes nouvelles perspectives pour la gestion du littoral. Les dynamiques d’échanges hydro-sédimentaires sont très spécifiques à chaque site car elles dépendent de paramètres multiples. Elles restent ainsi mal connues à l’échelle locale. Les mesures d’ordre ponctuel réalisées par les instruments de mesure existants ne peuvent capter que partiellement la réalité hautement dynamique de ce milieu, très mobile. En offrant pour la première fois la possibilité d’un suivi continu et simultané de plusieurs paramètres, le système WaveCams ouvre la voie à un pilotage éclairé de la ressource sédimentaire, au plus près de la dynamique naturelle du milieu.

Innovation sur l’instrumentation : le monitoring vidéo pour une meilleure accessibilité des données

A ce jour, le suivi du littoral s’effectue à l’aide de matériels coûteux (satellite, navette bathymétrique, LIDAR) et/ou contraignants à l’utilisation (perche GPS, drone). En effet, les levées topographiques et bathymétriques nécessitent souvent de se déplacer sur site (mesures sur terre et en mer), à l’aide de moyens humains et de matériel de mesure variés, dans des conditions d’accès parfois difficile (météo difficile, géographie du site). En fonction des mesures souhaitées, plusieurs instruments et plusieurs campagnes de levées peuvent être nécessaires. Le système WaveCams se pose comme une véritable alternative aux instruments de mesure existants, en permettant un suivi à distance et par tout temps, à partir d’un unique instrument.

Innovation sur le type de données récoltées : le recueil de données CONTINUES ouvre de nouvelles perspectives pour la gestion du littoral

L’instrumentation existante ne permet à ce jour que d’effectuer des mesures d’ordre ponctuel. Il faut renouveler les mesures régulièrement, donc se déplacer à nouveau sur site, et comparer l’évolution entre deux campagnes de mesures. Ces mesures ponctuelles ne permettent donc pas une compréhension optimale de la dynamique de la plage à l’échelle locale, puisqu’il s’agit d’un milieu à dynamique rapide, dont la morphologie peut varier de manière importante en l’espace de quelques heures. Ainsi, le système WaveCams est le premier à proposer un suivi haute fréquence de la dynamique hydro-sédimentaire d’une plage, et permet donc de suivre l’évolution d’une plage sur différentes échelles de temps : au quotidien, à moyen terme (suivi saisonnier) et sur le long terme. La permanence du dispositif lui permet également d’être présent lors des événements climatiques extrêmes, et de suivre l’impact d’une tempête donnée, ou encore de plusieurs aléas météorologiques d’intensité plus faible (impact invisible à l’œil nu), mais dont la succession peut parfois avoir des conséquences importantes sur la ressources sédimentaire, en empêchant les stocks sédimentaires de se reconstituer.

Par ailleurs, les données WavesCams étant fournies à l’échelle locale, elles sont parfaitement complémentaires avec des solutions de plus grande échelle, comme le suivi satellitaire, qui fournit des données ponctuelles à l’échelle régionale. Nos données locales peuvent donc être de précieux compléments pour les modélisateurs ou les prévisionnistes (nous fournissons aussi les paramètres de vague : hauteur, période, célérité).

Innovation sur le format de restitution des données : le monitoring vidéo facilite la restitution de la donnée scientifique en combinant le pouvoir représentatif de l’image à la précision de la mesure scientifique

Les données littorales sont parfois complexes à aborder pour les collectivités locales en charge de la gestion du littoral, qui manquent souvent de moyens techniques ou d’expertise interne pour récolter et/ou interpréter les données récoltées. Notre objectif est de redonner la main sur l’acquisition de données et sur leur analyse aux décideurs locaux, afin d’éclairer la prise de décision. Le monitoring vidéo permet à la fois de faciliter l’accès à la donnée par une instrumentation simple (caméras de type vidéosurveillance, qui peuvent aussi être exploitées à des fins touristiques en webcams de plage), et favorise également l’accès cognitif à la donnée scientifique. Notre travail autour du recueil des données par vidéo permet en effet de valoriser ces données sous différents formats interactifs, qui restituent la dynamique du milieu par l’intermédiaire d’un tableau de bord qui permet de naviguer entre différentes temporalités, et d’illustrer les données techniques par le recours à l’imagerie.

D’autres perspectives sont à venir en termes d’innovation. Dans nos projets à venir, nous prévoyons notamment d’intégrer à notre logiciel des algorithmes d’intelligence artificielle, par exemple pour travailler sur la détection automatique de pollutions marines

Utilité de l’innovation

Responsables de la gestion de la bande côtière, les collectivités territoriales et les services de l’état suivent de près le recul du trait de côte dû à l’érosion, qui est aujourd’hui une préoccupation nationale[1]. Le suivi des stocks de sédiments (sable, galets…) est essentiel pour préserver les ressources naturelles en sable (une ressource qui se raréfie à l’échelle mondiale), maintenir l’équilibre au niveau de la biodiversité et faire barrière aux événements climatiques extrêmes (tempêtes, submersions marines). Les bancs de sables submergés constituent les principales réserves de la plage en sédiments, et viennent de manière naturelle « nourrir » la plage[2]. Or, ces stocks sont très mobiles, avec une dynamique rapide : la morphologie du littoral peut être modifiée en quelques heures par l’action de certains courants, les coups de mer (par exemple, lors du passage de la tempête Eléanor en janvier 2018, certaines plages de la côte d’Opale ont perdu jusqu’à 8 mètres, ou encore, sur le littoral aquitain, lors de l’hiver 2013/2014, le recul du trait de côte a atteint en certains points la position prévue pour 2020, voire 2040), ou via l’intervention humaine[3]. Face à l’accélération du phénomène d’érosion, la réglementation sur le littoral est en pleine évolution, et désormais, l’acquisition de données locales est une obligation pour les collectivités (loi GEMAPI, 2018).

 

Par ailleurs, les entreprises de BTP et les bureaux d’études chargés par l’administration publique de l’aménagement des plages ont aussi besoin de ces données, afin de calibrer leur intervention, d’en optimiser les coûts et de minimiser l’impact écologique (devient également un pré-requis dans les appels d’offre), en calibrant au mieux les travaux en amont par rapport à la dynamique hydro-sédimentaire de la plage, mais aussi en surveillant en continu son évolution, afin de rectifier leur action si nécessaire. Par exemple, dans le cadre des travaux d’agrandissement du port de Port-la Nouvelle (dans l’Aude), la digue a dû être prolongée. La Préfecture a imposé au maitre d’ouvrage la mise en place d’un suivi d’impact environnemental, afin de surveiller que les travaux ne perturbent pas la dynamique hydro-sédimentaire locale, ce qui pourrait avoir des conséquences écologiques sur la réserve naturelle située en aval de la digue

[1] Cf Stratégie nationale de gestion du trait de côte, Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire, https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/sites/default/files/120041_Stratégie%20gestion%20trait%20de%20côte%202017_light.pdf).

[2] En cas de déficit, les plages sont souvent réengraissées artificiellement, en puisant le sable au large par des opérations de dragage, ou par du sable puisé dans des carrières terrestres.

[3] Toute intervention humaine modifie la dynamique locale des échanges hydro-sédimentaires (opérations de dragage, constructions de digues ou d’épis, travaux d’aménagements, rechargements de plage artificiels etc).

Portée de l’innovation

Dans le monde, ce sont 70 % de l’ensemble des côtes qui sont menacées par l’érosion, et plus de deux tiers de la population mondiale vit en zone proche côtière et est de fait menacée par le recul du trait de côte qui expose aux phénomènes d’inondation et de submersion marine.

En Europe, sur la seule année 2001, ce sont 3,2 milliards d’euros qui ont été dépensés par les pouvoirs publics pour lutter contre l’érosion. Dans le seul état de Floride, 2,4 milliards de dollars dépensés en réensablement pour l’année 2017. Notre travail de prospection montre le manque de données relatives à l’optimisation de ces interventions : évaluation du tonnage de sable incertain, rechargement de plage peu efficaces si effectués au mauvais moment, efficacité des interventions non suivie, etc. Notre produit amène une réelle valeur ajoutée sur ces questions particulièrement, en facilitant le pilotage de la gestion du littoral sur différentes échelles temporelles, afin que les enjeux de court et moyen terme (faire face à un risque submersion, préparer la plage pour la saison d’été) n’entrent pas en conflit avec ceux de moyen à long terme (préserver le littoral, ses ressources en sédiments et sa biodiversité – par exemple, le littoral aquitain pourrait avoir perdu jusqu’à 50 mètres à l’horizon 2050).

Nous avons fait état des collectivités territoriales, qui sont à ce jour les principaux bénéficiaires de notre innovation. Mais les acteurs du tourisme sont également concernés, en raison de l’ampleur des enjeux : 85 des 100 premières communes touristiques en France sont concernées par le risque érosion. Par ailleurs, si le littoral fait l’objet d’une gestion publique en France, à l’étranger, cette gestion peut être confiée à des acteurs privés. Par ailleurs, d’autres applications de notre technologie sont possibles dans le domaine de la prévision et de la modélisation.

Impact environnemental de l’innovation

L’érosion côtière est un phénomène naturel, qui concerne 70% des zones littorales dans le monde. Ce phénomène est aujourd’hui en forte accélération. Des causes anthropiques ont contribué à intensifier ce phénomène naturel, en particulier l’urbanisation croissante des zones côtières, son exploitation économique et des stratégies de « protection » du littoral parfois peu adaptées. Par ailleurs, l’intensification de phénomènes météo extrêmes comme les tempêtes bouleverse aussi les équilibres littoraux. L’importance des enjeux présents sur le littoral (démographie et habitat, économie, tourisme) et les risques inhérents à l’accélération de l’érosion (inondations et submersions marine, écroulements de falaises ou de bâtiments, perte de territoires) fait aujourd’hui de la préservation de ces zones une priorité.

Chaque intervention humaine (qu’il s’agisse de travaux d’aménagement, de rechargement de plage avec des tonnes de sable qu’il faut draguer) possède des conséquences environnementales importantes. En proposant une connaissance affinée du milieu littoral à l’échelle locale, le projet de Waves’n See est de permettre de minimiser les interventions humaines en volume et en fréquence, et de diminuer l’impact environnemental de chaque intervention. Ces interventions étant coûteuses, leur optimisation permet également un gain financier pour l’entreprise ou la collectivité chargée du projet.

 

Le système WaveCams apporte une valeur ajoutée à chaque étape du projet.

 

En amont d’un projet d’aménagement : Dans ce milieu très dynamique, une intervention pour travaux d’aménagements mal calibrée par méconnaissance de la dynamique hydro-sédimentaire peut anéantir ces efforts et alors nécessiter de recommencer les travaux, ce qui accroisse encore l’empreinte écologique du projet.

Pendant et après les travaux d’aménagement : La permanence du dispositif permet de surveiller l’impact des travaux sur le milieu, et d’intervenir rapidement pour rectifier le tir si nécessaire, ou en cas de grosse perturbation, comme après une tempête.

 

Travaux de protection du littoral : le dispositif WaveCams permet d’évaluer l’efficacité des solutions mises en place pour protéger le littoral. Longtemps, les protections dites dures (digues, épis, etc) ont été privilégiées. Désormais, les incitations vont vers des pratiques dites douces (renaturation, rechargement en sable, ouvrages géotextiles, etc…). Le choix d’une solution ou d’une autre dépend du contexte local, et un suivi s’avère nécessaire pour en évaluer l’efficacité. Par exemple, dans le cadre des rechargements de plage, il existe des seuils critiques de sédiments en deça desquels un rechargement d’entretien régulier ne suffira plus, il faudra alors s’orienter vers un rechargement massif de plage, beaucoup plus impactant sur le plan environnemental (dragages massifs au large ou extraction de sable de carrières, conséquences sur la biodiversité, etc) . Notre travail est alors d’identifier et d’anticiper ces seuils critiques grâce au suivi continu, pour permettre des rechargements efficaces en optimisant temporalité et volumes. Autre exemple, certaines tempêtes peuvent avoir des conséquences spectaculaires sur l’érosion. Or, parfois, nous identifions des tendances naturelles de reprises de la plage (reconstitution des stocks submergés) bien avant qu’elles ne soient visibles à l’œil nu, il est alors possible d’éviter des interventions superflues.

 

Ainsi, plus le dispositif reste en place, plus il est possible d’accompagner les gestionnaires de littoral vers l’atteinte du point d’équilibre naturel des échanges hydro-sédimentaires de la plage, celui qui nécessite le moins d’interventions humaine.

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