Receipt
Liens entre érosion côtière et mesures géophysiques à terre / Relationship Between Coastal Erosion and Inland Geophysical Data
Coordinateur
Le changement climatique actuellement en cours, responsable d'une activité océanique croissante, accentue le phénomène naturel d’érosion des côtes. Cela entraîne des dégâts matériels importants dans les zones littorales particulièrement peuplées. Un des freins à l'aménagement des côtes pour plus de résilience est la difficulté de mesurer de façon fiable l'intensité des événements climatiques extrêmes et la méconnaissance de l'impact en termes d'érosion. Un phénomène de grande ampleur comme une tempête peut avoir des conséquences très différentes sur une côte en fonction de sa nature (sableuse ou rocheuse), de son exposition et/ou de sa morphologie.
En plus des données actuellement accessibles pour mesurer en mer les mouvements de l'océan (bouées instrumentées), il y a dans les terres de nombreuses mesures accessibles en continu. Les données météorologiques sont les plus connues mais les instruments géophysiques (géodésie, gravimétrie, sismologie) fournissent également des informations fiables, calibrées et potentiellement très pertinentes. Bien que peu utilisé, le signal sismique continu est, par exemple, très fortement affecté par la houle océanique qu'elle soit loin ou proche des côtes et ce, dans une large gamme de fréquences. Cependant, dans la très grande majorité, pour éviter une contamination du signal sismique par les vibrations causées par le houle, les stations sismologiques sont installées loin dans les terres, ce qui limite la compréhension du phénomène. En revanche, lorsque des sismomètres sont installés à quelques km des côtes, toute vibration du sol causée par l'agitation océanique est enregistrée sous forme d'une énergie diffuse. Cela signifie qu'avec des méthodes de traitement du signal novatrices et adaptées il serait possible de mesurer à chaque instant, de façon parfaitement calibrée, l'énergie sismique reçue à terre en différents points pour arriver à localiser les sources et à suivre l'évolution spatio-temporelle du phénomène.
Le projet receipt se propose d'utiliser les capteurs géophysiques des différents réseaux permanents, de les densifier temporairement dans les zones cibles, proches des côtes, afin de confronter ces mesures acquises à terre avec celles des bouées et marégraphes et également avec des mesures de l'érosion réalisées directement in-situ sur les côtes et par télédétection. Il se divise en 1) une étude rétrospective pour mieux comprendre l'érosion sur les côtes due à la succession de tempêtes de l'automne 2023 (Celine, Ciaran, Domingos...), enregistrées par tous les capteurs sismiques en place à l'époque, les mesures directes et les relevés Lidar, et 2) une analyse des prochaines tempêtes à travers une campagne d'acquisition inédite à l'échelle du littoral ligérien et normand. Durant deux hivers et un été l'énergie sismique due à la houle, dans une large gamme de fréquences, les déformations du sol associées (mesurées par des capteurs géodésiques et gravimétriques), viendront apporter des données uniques pour quantifier et suivre les événements climatiques qui auront lieu. Des mesures de l'érosion in-situ dans différentes zones (3 dans la Région Pays-de-la-Loire et 2 en Normandie) viendront compléter les mesures Lidar et photogrammétriques aériennes.
Pour prendre en compte la complexité de ce phénomène sans cesse en mouvement et ubiquite, une nouvelle approche de traitement de données sera développée durant ce projet. Cela devrait permettre de déterminer la fonction de transfert entre les signaux géophysiques enregistrés pendant un événement climatique (depuis sa formation jusqu'à sa disparition) et l'érosion à différentes échelles spatiales. Le but est de documenter un phénomène complexe et mouvant, se reproduisant néanmoins chaque année, afin de tenter de mieux comprendre les liens entre énergie océanique et érosion et ainsi, année après année, arriver potentiellement à anticiper les zones qui pourraient être les plus affectées lors des futurs événements climatiques extrêmes.
Les variations de pression dans l’eau viennent heurter le fond de la mer, partout et à chaque instant. Elles produisent ainsi des très faibles vibrations sismiques qui se propagent dans la Terre solide. Un sismomètre proche de la côte peut donc enregistrer ces ondes et suivre l’évolution de l’énergie transmise par l’océan lors d’événements extrêmes comme des tempêtes.
The ongoing global climate change, responsible for the increasing ocean activity, exacerbates the natural phenomenon of coastal erosion. This results in significant material damage in densely populated coastal areas. One of the obstacles to coastal management for greater resilience is the difficulty in reliably measuring the intensity of extreme climatic events and the lack of understanding of their impact in terms of erosion. A large-scale phenomenon, such as a storm, can have vastly different consequences on a coastline depending on its nature (sandy or rocky), its exposure, and/or its morphology.
In addition to currently available data for measuring ocean movements at sea (such as instrumented buoys), there are numerous continuous measurements available on land. Meteorological data (wind force, pressure, rainfall, temperature) are the most well-known, but geophysical instruments (geodesy, gravimetry, seismology) can also provide reliable and highly relevant informations. Although rarely used for such purposes, the continuous seismic signal, for instance, is heavily influenced by ocean swell, whether far from in the deep ocean and near the coastlines, hence across a wide range of frequencies. Often described as seismic noise—in the sense of being a disturbance for earthquake studies—continuous seismic signals are, for example, used to draw global conclusions, such as the increase in ocean energy over recent decades. However, in the most cases, to avoid contamination of the seismic signal by spurious vibrations caused by ocean swell and wave breaking, the permanent seismic stations are installed far inland, which limits the understanding of the phenomenon, due to attenuation and to the presence of scatters in the crust. Conversely, when seismometers are installed just a few kilometres from the coast, all ground vibrations caused by water agitation are recorded as diffuse energy. This means that, with innovative and well-suited signal-processing methods, it would be possible to measure the seismic energy received on land at various points in a perfectly calibrated manner in order to locate the sources and to track the spatio-temporal evolution of the phenomenon.
The receipt project proposes to use geophysical sensors from various permanent networks, and to temporarily make them denser in targeted coastal areas. This will enable the comparison of land-based measurements with those from buoys and tide gauges, as well as with in-situ erosion measurements directly on the coast and through remote sensing. This project is divided into two parts: 1) a retrospective study to better understand the series of storms in autumn 2023 (Céline, Ciaran, Domingos, etc.), as observed by all the sensors in place at that time, alongside direct measurements and Lidar surveys, and 2) a analysis for the next two years thanks to a pioneering data acquisition campaign along the Pays-de-la-Loire and Normandy coastlines. Over two winters and one summer, seismic energy caused by ocean swell across a broad range of frequencies, and associated ground deformations (measured by geodetic and gravimetric sensors), will provide unique data set to quantify and monitor the climatic events that occur. The need to develop new approach to take into the complexity of the phenomenon will be done by a two-year Engineer position. In-situ erosio measurements in different areas (three in the Pays-de-la-Loire region and two in Normandy) will complement Lidar and aerial photogrammetric surveys, aiming to determine the transfer function between geophysical signals recorded during an extreme weather event (from its formation to its dissipation) and erosion. The goal is to document a complex and evolving phenomenon that is however highly repeatable, to better understand the links between wave/swell energy and erosion, and thereby, year after year, potentially anticipate the damages in areas most likely to be affected by future extreme weather events.
Pressure variations in the water strike the sea floor everywhere and at every moment. They produce very weak seismic vibrations that propagate through the solid Earth. A seismometer near the coast can therefore record these waves and track the evolution of the energy transmitted by the ocean during extreme events such as storms.
