Impacts du changement climatique et résilience des écosystèmes (CCIER) (2019-2021)
Dernière mise à jour : 16 oct.
Solutions d’observation de la Terre pour répondre aux problèmes d’érosion côtière, à leurs impacts sur les écosystèmes et aux risques pour les infrastructures.
Ce projet développe et teste des outils innovants de traitement de données pour surveiller les effets des changements climatiques sur les écosystèmes marins, en particulier dans les zones côtières. Il fournit de nouveaux produits d’observation de la Terre (OT), y compris la cartographie à haute résolution des glaces côtières, qui seront intégrés à l’évaluation de la vulnérabilité des Canadiens vivant dans les zones côtières et utilisés pour la planification et la mise en œuvre des politiques.
Le projet « Solutions d’observation de la Terre pour résoudre les problèmes d’érosion côtière, leur impact sur les écosystèmes et les risques pour les actifs d’infrastructure » a été inclus dans le portefeuille de projets Impacts des changements climatiques et résilience des écosystèmes (CCIER), soutenu par l’Agence spatiale canadienne (ASC).
Vue d'ensemble du projet
Les zones côtières abritent certains des écosystèmes les plus productifs de la planète.
Par exemple, les herbiers marins et les marais salés figurent parmi les puits de carbone les plus importants au monde et fournissent de nombreux services écosystémiques.
Toutefois, ces écosystèmes sont très sensibles aux changements environnementaux, qu'ils résultent de l'activité humaine (infrastructures, exploitation des ressources, activités côtières, etc.) ou de phénomènes liés au changement climatique.
En effet, la réduction de la couverture de glace, l’élévation du niveau de la mer à l’échelle mondiale et la fréquence accrue des tempêtes aggravent les effets de l’érosion côtière, qui constitue l’une des principales causes de la disparition d’écosystèmes côtiers de grande valeur. Dans le contexte des changements climatiques, le Canada a donc un besoin urgent de méthodes de surveillance côtière plus opérationnelles afin de mieux protéger les écosystèmes côtiers et de préserver les avantages écologiques et économiques qu’ils procurent aux populations humaines.
La surveillance des habitats côtiers, qu'il s'agisse de prévention et de sécurité publique, de conservation des écosystèmes ou d'autres objectifs socio-économiques, nécessite des outils très réactifs, capables de couvrir de vastes étendues territoriales et de détecter des changements survenant à différentes échelles temporelles, tout en restant abordables.
Bien que la collecte de données in situ permette d'obtenir une image détaillée et de haute qualité des zones côtières, elle s'avère coûteuse et difficile à mettre en œuvre à grande échelle ; elle revêt donc le plus souvent un caractère ponctuel plutôt que récurrent et se limite à des zones spécifiques.
Dans ce contexte, la télédétection constitue un outil de choix. Les satellites d'observation de la Terre offrent des fréquences de survol rapprochées ainsi que des capacités d'acquisition de données qui ouvrent un vaste champ de possibilités pour le suivi environnemental des zones côtières à l'échelle de grands territoires. La télédétection permet ainsi d'obtenir des informations physiques et biologiques continues à grande échelle ; combinées à des mesures ponctuelles au sol dans des zones critiques ou vulnérables, ces données permettent d'assurer un suivi continu et en temps quasi réel des écosystèmes côtiers.
OBJECTIVES
Ce projet vise à développer et à tester des outils innovants pour surveiller l'impact du changement climatique sur les zones côtières et évaluer leur vulnérabilité à l'érosion. Il fournit aux utilisateurs finaux du secteur côtier de nouvelles solutions d'observation de la Terre, notamment des cartes à haute résolution de la glace côtière, du trait de côte, des écosystèmes et des sédiments en suspension. Ce projet constitue la première étape de la mise en place d'un système de surveillance efficace, capable de fournir des informations actualisées sur la dynamique des zones côtières.
Ces nouveaux produits et outils d'observation de la Terre, très recherchés pour la gestion et la prise de décision, profitent aux parties prenantes en les aidant à atténuer les vulnérabilités dans le contexte du changement climatique.
L'objectif principal est de cartographier les impacts du changement climatique sur les écosystèmes côtiers et d'évaluer leur vulnérabilité à l'érosion côtière.
Les objectifs spécifiques sont de :
Étudier et développer de nouvelles routines d'analyse de données d'observation de la Terre (OT) pour la détection, la caractérisation et la quantification des glaces côtières par exemple:
pied de glace, glace de mer, frazil, présentes sur le rivage et protégeant le littoral, en lien avec l'application de l'algorithme de cartographie du trait de côte de l'ESA pour les eaux canadiennes, afin d'évaluer l'érosion à partir de profils bathymétriques/topographiques transversaux et des déplacements perpendiculaires au rivage.
Développer une approche multi-capteur (i) pour cartographier les écosystèmes marins côtiers à l'aide de l'apprentissage automatique et (ii) pour évaluer les concentrations de sédiments en suspension. Les matières en suspension influencent la turbidité de l'eau et la pénétration de la lumière, ce qui a un impact sur la santé des habitats marins.
Démontrer l'efficacité des solutions d'OT pour les utilisateurs finaux en produisant des séries temporelles de produits de niveau 2.
Consortium
Ce projet est dirigé par ARCTUS Inc. (Rimouski, QC) en tant qu'entrepreneur principal, en étroite collaboration avec Hatfield Consultants (Vancouver, BC), la Research Chair in Coastal Geoscience de l'Université du Québec à Rimouski (Rimouski, QC) et ARGANS Ltd (Plymouth, UK).
Rivages et lignes d'eau
La ligne de rivage est la transition instantanée entre la terre (ou la glace) et l'eau, détectée par une méthode de segmentation qui identifie les différences de paramètres physiques des éléments présents dans un produit d'observation de la Terre. Sa résolution spatiale est limitée à la taille du pixel de l'image initiale.
La position de cette limite varie dans le temps en fonction du niveau de la marée. Dans le cadre du projet « Coastal change from space » financé par l'ESA, nos partenaires d'Argans Ltd appliquent des corrections pour ajuster ces lignes au profil de la plage et à une référence de marée. Les lignes de rivage ainsi ajustées correspondent à un niveau moyen (ou extrême) de la marée.
Classification des glaces
La génération automatisée de produits de classification de la glace de mer repose sur un algorithme d'apprentissage automatique utilisant des données SAR en bande C acquises par satellite. Les variables environnementales (température, salinité, couverture neigeuse...) ainsi que les caractéristiques de la glace telles que le stade de développement (glace de première année), la forme (floes, crêtes de compression) et la concentration influencent l'aspect de la glace de mer sur les images SAR. Ces différentes caractéristiques produisent une variété de tons et de textures, permettant de classifier les terres, la glace non consolidée, la glace déformée ainsi que les zones d'eau libre, qu'elles soient calmes ou agitées.
Total des matières en suspension
Les matières en suspension totales (MEST) désignent des particules organiques (des algues ou de la matière en décomposition) ou inorganiques (la vase) qui flottent ou dérivent dans la colonne d'eau. Des événements hydrodynamiques majeurs (tels que la houle ou les tempêtes) ou des apports fluviaux (comme les crues ou la fonte des neiges printanière) contribuent à augmenter la concentration en (MEST) dans les zones côtières. Une quantité excessive de matières en suspension peut nuire à la qualité de l'eau pour la vie aquatique, notamment en accentuant la pollution par les nutriments et en empêchant la lumière de pénétrer dans la colonne d'eau. Pour surveiller les MEST dans les eaux côtières, un algorithme d'extraction établit un lien entre les mesures satellitaires : la réflectance de surface et la concentration en MEST.
Classification des écosystèmes
L'imagerie satellitaire multispectrale contient suffisamment d'informations pour distinguer plusieurs types de végétation et cartographier différents habitats dans les eaux optiquement peu profondes (des eaux suffisamment peu profondes et claires pour permettre au satellite de détecter le fond). Les résolutions spatiales élevée et très élevée (taille de pixel inférieure à 30 m) offrent une couverture et une fréquence de revisite suffisantes pour suivre les variations annuelles à décennales de la répartition de la végétation et les évolutions des écosystèmes. Une méthode de classification supervisée pixel par pixel est utilisée pour classer des images Sentinel-2 et Landsat-8 exemptes de nuages (couverture nuageuse < 10 %), acquises à marée basse (niveau inférieur à 1 m au-dessus du zéro des cartes) durant l'été et le début de l'automne (de juillet à octobre). Les cartes issues de cette classification permettent d'identifier les marais salés, la végétation submergée, les zones sableuses (immergées ou émergées) ainsi que les eaux optiquement profondes.
Découvrez nos solutions innovantes d'observation de la Terre pour lutter contre l'érosion côtière.
Plateforme de cartographie en ligne
Afin de promouvoir l'utilisation opérationnelle des données d'observation de la Terre (OT), pour la gestion intégrée des zones côtières, nos produits sont publiés sur des cartes web interactives spécialement conçues pour les utilisateurs finaux. Click here to access the web platform (un compte est requis).Click here to fill in the registration form pour créer un compte (Veuillez prévoir un délai pouvant aller jusqu'à 48 heures ouvrables).
Watch the platform la présentation est faite par Arctus lors du webinaire Carto Vista.
Évolution du littoral vue de l'espace – Séminaire et atelier en ligne
Watch the presentations faite par Arctus, Argans et the Research Chair in Coastal Geoscience (UQAR) en Novembre 2020.
