Satellite-derived shoreline data assimilation for sandy coast evolution

Comprendre et prédire l’évolution des littoraux sableux reste un défi central de la dynamique littorale et une condition essentielle pour une gestion durable. Des prévisions fiables exigent des observations cohérentes et des modèles capables de représenter des comportements morphodynamiques complexes et non stationnaires. Cette thèse fait progresser la modélisation de l’évolution du trait de côte en intégrant des données publiques — principalement des traits de côte dérivés de satellites (SDS) — dans des cadres de calibration et d’assimilation de données, afin d’en évaluer la valeur ajoutée. En s’appuyant uniquement sur des données libres d’accès, le travail établit une base de modélisation transparente et transférable, adaptée même aux environnements littoraux disposant de données limitées. La première partie concerne les modèles 1D d’équilibre, calibrés à partir de données SDS brutes et bruitées, sans correction de marée ni connaissance préalable du site. Grâce à un algorithme de recuit simulé, des calibrations robustes ont été obtenues au Truc Vert, site exposé et énergique du littoral atlantique. Les bons résultats obtenus dans ces conditions conservatrices démontrent que des informations pertinentes peuvent être extraites de données satellitaires de qualité modeste, soutenant ainsi leur usage pour la modélisation du trait de côte ayant un comportement d’équilibre. L’assimilation séquentielle de données SDS s’est révélée plus complexe, le bruit des données limitant la capacité du modèle à suivre la non-stationnarité du système. Des observations in situ ont été utilisées pour explorer le rôle potentiel de paramètres ajustables variables dans le temps et leur lien avec le climat de houle. Les résultats, issus de plusieurs sites de la côte atlantique européenne, indiquent un lien faible ou absent avec le climat de vagues, suggérant que la non-stationnarité traduit avant tout des ajustements morphodynamiques locaux. Les modèles non stationnaires ont montré une amélioration modérée sur certains sites et une baisse de performance sur d’autres, influencées par la qualité des données — les sites les mieux documentés bénéficiant le plus. Ces modèles se sont toutefois distingués par une meilleure reproduction des épisodes d’érosion extrême, illustrant leur potentiel pour représenter des événements rares liés à des conditions de forçage éloignées de la moyenne. Des progrès plus marqués nécessiteraient cependant des contextes soumis à des climats de houle multimodaux. En combinant calibration et assimilation dans une expérience internationale menée sur un site australien documenté par des images satellite et photographies aériennes anaciennes, deux modèles d’équilibre ont été couplés dans une approche hybride, montrant leur complémentarité. Cette stratégie ad hoc illustre le potentiel de modèles hybrides pour représenter la dynamique multi-échelle du trait de côte dans des cadres à complexité réduite. Enfin, le cadre a été étendu à une configuration quasi 2D utilisant une assimilation en grille par "nudging". Appliquée à la flèche sableuse de Sacalin, dans le delta du Danube, cette approche a permis de contraindre efficacement l’évolution spatiale du trait de côte et d’améliorer la concordance avec les observations satellitaires à long terme. Bien que les interactions entre cellules voisines ne soient pas encore prises en compte, cette avancée marque une étape importante vers une assimilation pleinement bidimensionnelle, capable de représenter les rétroactions spatiales dans l’évolution des côtes sableuses. Dans l’ensemble, cette thèse montre que la combinaison d’observations satellitaires long terme, de modèles hybrides et d’assimilation de données constitue une voie prometteuse pour améliorer la compréhension, la prévision et, à terme, la modélisation opérationnelle de l’évolution du trait de côte dans des environnements littoraux complexes.