Une étude collaborative mondiale dirigée par l'UNSW a révélé que la plupart des modèles de prédiction des littoraux sont efficaces pour prévoir les modifications des plages de sable naturelles avec une précision d'environ 10 mètres.
Les résultats, publiés dans Communications Earth & Environment Le mois dernier, sont les analyses comparatives les plus complètes des modèles de prédiction du littoral à ce jour.
Avec l'évolution des climats des vagues et l'augmentation du niveau de la mer, les ingénieurs utilisent des modèles de rivage pour prédire comment les côtes évolueront – si les plages se développent, se rétrécissent ou se déplacent en raison des marées, des tempêtes ou de l'érosion.
Des prédictions précises aident les gouvernements, les planificateurs et les communautés à prendre des décisions critiques concernant le développement, la gestion des risques et la protection de l'environnement.
« Nos résultats indiquent que certaines plages peuvent être modélisées presque aussi bien qu'elles peuvent être observées à distance », explique le Dr Yongjing Mao, auteur principal de l'étude de l'UNSW Water Research Lab à l'École de génie civil et environnemental.
Cependant, les chercheurs affirment que de nouvelles analyses comparatives sont nécessaires pour comprendre les performances du modèle pour les côtes dans les zones urbanisées, où les structures de fabrication humaine compliquent la dynamique des littoraux, en particulier à mesure que le changement climatique accélère les impacts côtiers.
Concurrence aveugle
Dans l'étude, 34 modèles de littoraux de divers modélisateurs du monde entier ont été évalués sur leur capacité à faire des prédictions d'une position de rivage dans le cadre d'une compétition aveugle, appelée Shoreshop2.0.
La compétition a testé dans quelle mesure les modèles pouvaient prédire le changement de rivage sur les périodes courtes (5 ans) et moyennes (50 ans). La vraie plage – Curl Curl en Nouvelle-Galles du Sud – a été anonymisée comme « Beachx » pour assurer des résultats impartiaux.
Les participants n'ont reçu que des données open source, notamment des vagues, des marées, une élévation du niveau de la mer et 20 ans de positions de rivage dérivées de l'imagerie publique par satellite, pour l'étalonnage.
Les données du littoral provenant d'autres périodes ont été retenues pour l'évaluation.
Les chercheurs ont constaté que les modèles les plus performants pourraient prédire le changement de rivage avec une précision d'environ 10 mètres pour les plages en forme de baie sur des échelles de temps courtes et moyennes – correspondant à la résolution des observations du rivage par satellite.
« Comme la plupart des plages trouvées dans la Nouvelle-Galles du Sud, les plages en forme de baie sont incurvées et délimitées par des gros titres qui les protègent de toute la force de l'océan », explique le Dr Mao.
«Cependant, ces plages dynamiques peuvent évoluer rapidement en réponse à des forces environnementales qui peuvent être exacerbées par l'évolution des climats des vagues et l'augmentation du niveau de la mer.
« Nous avons constaté que la plupart des modèles de rivage capturent avec succès la réponse aux tempêtes non seulement dans les prévisions à court terme mais aussi à moyen terme.
« Les résultats de cette étude renforcent la confiance que les modèles existants peuvent nous donner une prédiction solide de la façon dont nos rivages changent. »
Les limitations à aborder
Au fil des ans, ces modèles sont devenus plus précis pour simuler la modification de la dynamique du littoral en intégrant des techniques de calcul avancées avec des volumes croissants de données.
Pourtant, les résultats soulignent que les performances du modèle dépend non seulement du modèle lui-même, mais de la qualité des données utilisées, en particulier du prétraitement des données de rivage dérivées par satellite.
« Dans la compétition, les modélisateurs ont reçu des données de littoral de télédétection, qui sont facilement accessibles mais généralement moins fiables que les observations de la vérité au sol », explique le Dr Mao.
« Étant donné que les données du littoral à vérification du sol ne sont pas facilement disponibles, pour garantir que les modèles continuent de fournir des prévisions précises des changements de littoral, nous recommandons une utilisation plus répandue des techniques de lissage spatio-temporel pour réduire le bruit des données du littoral dérivées par satellite et améliorer les performances du modèle. »
Le Dr Mao dit qu'une autre limitation clé pour la majorité de ces modèles est qu'ils comptent toujours fortement sur la règle de Bruun – un principe de 60 ans qui dit qu'un profil de plage de sable maintiendra sa forme à mesure que le niveau de la mer augmente mais se déplace vers la terre et vers le haut pour compenser.
Il dit que de nombreux scientifiques et ingénieurs côtiers considèrent cette règle comme une simplification excessive des complexités des processus côtiers du monde réel.
« Pour les prédictions à long terme, nous remettons en question la fiabilité des modèles qui sont toujours basés sur la règle de Bruun », dit-il. « Pour mieux refléter les complexités des systèmes côtiers, nous devons développer des approches alternatives qui capturent les changements de rivage au fil du temps. »
Informer la planification côtière future
Le Dr Mao dit qu'il est important de développer des modèles pour prédire le changement de rivage, car les risques liés au climat sont parmi les plus élevés des zones côtières.
Environ 10% de la population mondiale vit à moins de cinq kilomètres d'une côte, et bon nombre de ces zones sont confrontées à des menaces croissantes d'érosion côtière et de récession.
Le Dr Mao pense que nous pouvons nous attendre à voir plus d'intervention humaine pour protéger ces communautés côtières – et que les études futures devraient se concentrer davantage sur ces environnements côtiers complexes.
« Si nous regardons des villes côtières densément peuplées du monde, elles ont tendance à avoir des plages plus » d'ingénierie « , avec des structures telles que des brise-lames ou des digues », explique le Dr Mao.
«Mais maintenant, les ingénieurs commencent à rechercher des interventions naturelles telles que les programmes de nourriture de sable.
« La possibilité de prédire avec précision comment les plages changeront aident les gouvernements, les planificateurs et les communautés prennent des décisions plus intelligentes sur la façon de préserver notre environnement naturel. »
