Apport potentiel des Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) pour une meilleure gestion d’un littoral dans une optique de développement durable : approches conceptuelles et méthodologiques appliquées dans le Nord de la France

Potential contribution of Geographic Information Systems (GIS) for better coastal management in the context of sustainable development : conceptual and methodological approaches applied in the north of France

• Auteur / Autrice : Fadi Chaaban
• Direction : Erick Carlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 21/10/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Teneur en eau

Plages

Eaux souterraines

Modèles mathématiques

Hydrogéologie

Dunes

Nord-Pas-de-Calais (France)

Littoraux -- Aménagement

Système d'information géographique

Mots clés libres

Lignes de rivage

Résumé

La préparation des données des modèles numériques est fastidieuse et prend beaucoup de temps. Les Systèmes d'information géographique (SIG) minimisent l'effort et améliorent l'efficacité des modèles numériques. De plus, les SIG présentent une plate forme de grande capacité de collecte, de gestion, de traitement, d'analyse, de modélisation et d'affichage de données géoréférencées. Ce travail de thèse propose une méthodologie basée sur deux approches conceptuelles qui ont été appliquées en matière d’aménagement littoral dans le cadre de développement durable dans le secteur d’Hardelot-Plage (Nord de France). Cette méthodologie associe à tous les niveaux les SIG.La première approche est consacrée à la mesure de l’évolution du trait de côte des dunes d’Ecault (Nord d’Hardelot-Plage), des dunes du Chevalier Sansot (Sud d’Hardelot-Plage) et des dunes de Camiers (rive nord de la Canche) pour la période s’étendant de 1946 à 2005. 292 transects perpendiculaires au trait de côte sont utilisés pour estimer l'érosion côtière et en déduire le taux de recul. La marge d'erreurs générée par la méthodologie proposée est de ± 10 m. L’estimation est affectée par des erreurs liées à la résolution du document de référence et aux images numérisées. D’une part les résultats obtenus montrent que le processus de recul de la ligne de rivage intéresse, d’une manière générale, l’ensemble du trait de côte des dunes d’Ecault et des dunes de Chevalier Sansot à des vitesses variant de 0 ,43 m/an pour atteindre 5,8 m/an sur la rive nord de l'estuaire de la Becque. Par contre la valeur moyenne d’avancée varie de 0,23 à 2,47 m/an. D'autre part, l’évolution du trait de côte des dunes de Camiers (estuaire de la Canche) était très importante avec une moyenne de recul de 8,45 m/an entre 1980 et 1983, alors que la moyenne d’avancée était de 14,36 m/an entre 1947 et 1955. La dernière observation, entre 2000 et 2005, a montré que la ligne de référence dans la zone d'étude a évolué positivement avec une moyenne allant de 1,1 à 4,66 m/an (86% des transects soit 250 transects). 13% des transects (soit 39 transects) n’ont pas changé en raison de l’enrochement construit le long de la plage. Cependant 1% des transects (soit 3 transects correspondant à la rive nord de l'estuaire de la Becque) ont présenté un recul de 1,06 m/an. La deuxième approche concerne la modélisation hydrogéologique littorale. La mise en place d’un SIG a permis de générer le jeu de données géographiques nécessaires aux modèles numériques. La modélisation hydrodynamique de la plage d’Hardelot (Pas-de-Calais, France) pose le problème de la saturation en eau quasi constante du sable de la plage et de son érosion sur la partie sud. Ce cas singulier est analysé en couplant un SIG (ArcGIS 9.3) avec un système de modélisation hydrogéologique (GMS 6.0) afin de développer une modélisation adaptée. Les résultats obtenus et plus particulièrement ceux issus de la modélisation hydrodynamique et hydrodispersive ont permis de confirmer que la saturation en eau observée dans la partie sud d’Hardelot est bien liée à la proximité de la nappe superficielle. L’aquifère des sables est en continuité hydraulique avec la nappe de la craie sous-jacente. De plus, ce secteur est caractérisé par la présence de lentilles de tourbe dont le comportement hydrophile explique la rétention d’eau de mer en surface dans les formations sableuses ainsi que la répartition complexe de l’interface eau douce -eau salée sur le littoral d’Hardelot. Les diverses simulations entreprises, associées à la réalisation de forages captant l’aquifère des sables ont permis de démontrer que le rabattement de la nappe de 0.5 m, permettant un assèchement de la plage, nécessiterait un pompage continu à un débit de 5 m3/h.

Management of input data modeling is tedious and takes a long time. The Geographic Information System (GIS) minimize the effort and improve the efficiency of numerical models. As well as the GIS provides a platform to high capacity of collection, management, data processing, analysis, modeling and display of spatial information. This thesis proposes a methodology based on two conceptual approaches applied to coastal management in the context of sustainable development in the area of Hardelot-Plage (Northern France). This methodology has been implemented thanks to GIS.The first approach is dedicated to measuring shoreline change along Ecault dunes (North of Hardelot-Plage), Chevalier Sansot dunes (South of Hardelot-Plage) and Camiers dunes (Northern Canche estuary) over the course of 59 years (from 1946 to 2005). 292 transects perpendicular to the shoreline are used to estimate coastal erosion and to assess the retreat rate. The marginal error generated by our methodology is ±10m. It is resulting from the resolution of reference-document and scanned images. From one side, the results obtained show that the process of shoreline retreat has interested, in general, the entire coastline of Ecault and Chevalier Sansot dunes. The average of retreat varies from 0.43 m/yr to reach 5.8 m/yr on the north side of the Becque estuary, while the average value of advance ranges from 0.23 to 2.47 m/yr. For another side, the average shoreline evolution was very important along the Camiers dunes (Northern Canche estuary) with an average retreat reaching 8.45 m/yr between 1980 and 1983, while the average of advance reached 14.36 m/yr between 1947 and 1955. The last observations, between 2000 and 2005, showed that the shoreline in the study area was changing positively with an average ranging from 1.1 to 4.66 m/yr (86% of transects =250 transects); 13% of transects (39 transects) have not changed because of dike or rip-rap built along the beach. However 1% of transects (three transects corresponding to the Becque estuary) showed a retreat of 1.06 m /yr. The second approach concerns a hydrogeological modelling of the coastal aquifer. The implementation of GIS was essential to generate the geographic data needed for the numerical models. In our case the beach-dune system of Hardelot-Plage suffers from the lack of well developed foredune. This problem is linked to the almost constant water saturation of sand beach which is the potential source of dune nourishment. South of Hardelot, the coastline is slowly but constantly retreating. To remedy this situation, a coupling between a GIS (ArcGIS 9.3) and a Groundwater Modelling System (GMS 6.0) was adopted in order to find possible scenarios which could lower the piezometric surface in the concerned area and allow dune nourishment again. Hydrodynamic and hydrodispersive models have confirmed that the observed water saturation in the southern part of Hardelot beach is quite related to the proximity of the piezometric surface. The sand aquifer in this sector, which is in hydraulic continuity with the subjacent chalk aquifer, is intersected by peat lenses. The presence of peat would induce seawater restrain and would make it possible to mainly explain the complex distribution of freshwater and saltwater interface in this sector. Various simulations undertaken for realization of drillings in the sand aquifer made it possible to show that the lowering of water table of 0.5 m, which is needed to dry the beach sand would require a continuous pumping with a flow of 5 m3.h-1.