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Utilisation d’un Scanner Laser Terrestre (TLS) pour l’étude des croissants de plage

De Wikigeotech

Sommaire

Contexte

L'acquisition de données à une fréquence mensuelle à semestrielle témoigne de l'évolution globale saisonnière de la plage. En revanche, un certain nombre de structures morphologiques plus locales ou d'évolution rapide (berme, chenaux d'exfiltration, croissants de plage, falaise de marée...) sont difficilement analysables avec de telles données. Cet article illustre l’apport des méthodes de télédétection à très haute résolution pour le suivi de ces structures. Cet exemple s’appuie sur les données issues d’une campagne de trois jours de levés quotidiens par Scanner Laser Terrestre (TLS), programmée lors des marées de vives-eaux, du 18 au 20 Avril 2011, sur la plage de Porsmilin[1].

Le Site d’étude : la plage de Porsmilin

Fig. 1 : Localisation de la plage de Porsmilin.
Fig. 2 : Plage de Porsmilin vue depuis l'Est.

Située sur la commune de Locmaria-Plouzané, entre Brest et la Pointe Saint-Mathieu, la plage de Porsmilin est l'une des quatre plages sableuses de l'Anse de Bertheaume, à l'entrée du goulet de Brest. Ce site de la mer d'Iroise est suivi depuis 2003 par l'Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) dans le cadre de l'Observatoire du Domaine Côtier. La plage de Porsmilin est principalement constituée de sables moyens, dont le diamètre médian (D50) est de 320 µm. La granulométrie est globalement homogène, néanmoins, localement (ligne de rivage, chenaux d'exfiltration), des sédiments plus grossiers sont présents[2]. Porsmilin est une plage de fond d'anse aux dimensions relativement restreintes (≈ 200 m de large) et qui bénéficie d'une situation abritée. Du fait des falaises qui encadrent la plage à l'Est et l'Ouest, la zone d'échanges sédimentaires est naturellement contrainte et limitée à une seule interface principale (au Sud). Sur la terrasse de basse mer affleurent parfois des tourbes holocènes, vestiges d’une ancienne ligne de rivage, et un cordon de galets.


Matériel

Fig. 3 : Scanner Laser terrestre RIEGL LMS-Z390i utilisé pour cette étude.

Le Scanner Laser Terrestre (TLS - Terrestrial Laser Scan) utilisé lors de ces travaux est un système LIDAR LMS-Z390i de marque RIEGL basé sur la technologie de laser pulsé. La méthode par laser pulsé repose sur la mesure du temps d'aller-retour du signal pour déterminer la distance séparant l'instrument du point à mesurer. Cette étude s’appuie uniquement sur des levés scanner en mode statique. Dans ce cas, pour plus de précision, on ne mesure pas la position du TLS lui-même, mais celle de cibles réfléchissantes préalablement réparties sur la zone et qui permettent de géoréférencer le nuage de points 3D dans un repère absolu. La géolocalisation des cibles (au DGPS ou au tachéomètre) est donc une étape primordiale pour la qualité de l'acquisition. A partir du nuage de points, un Modèle Numérique de Terrain (MNT) est généré.


Fig. 4 : Schéma simplifié d’un système classique de croissants de plage.

Suivi à l’échelle journalière d’un système de croissants de plage

Les levés journaliers effectués les 18, 19 et 20 Avril 2011 mettent en évidence une structure morphologique remarquable : des croissants de plage. Il s'agit de figures sédimentaires rythmiques, situées sur la partie supérieure de l'estran, à la limite entre zone inter-tidale et zone supra-tidale. Ce type de structure est relativement courant à Porsmilin et a déjà été observé lors d’autres campagnes de levés.

Système de croissants de plage en haut d'estran à Porsmilin (19/04/2011).

Les croissants de plage peuvent résulter soit de structures d'accumulation, soit de l'érosion d'une berme. Ils apparaissent préférentiellement en contexte d'apport sédimentaire, sur une plage réflective (Ω < 1), avec des houles peu énergétiques et un déferlement gonflant. Cependant, les forçages hydrodynamiques à l'origine de leur formation sont encore très discutés. Deux théories principales se dégagent pour expliquer les processus d'initiation des croissants : - la théorie "d'auto-organisation", selon laquelle la formation des croissants résulterait de l'interaction entre une topographie initiale irrégulière et les écoulements dans la zone de jet de rive [3][4]. - la théorie d'une onde de bord stationnaire (issue de la superposition des ondes incidentes et des ondes réfléchies) dont l'oscillation dans la zone de déferlement induirait cette forme rythmique de la topographie [5] [6] [7]. Les nœuds de vibration de l’onde stationnaire coïncideraient alors avec les cornes des croissants, tandis que les ventres (amplitude maximale d’oscillation) correspondraient au creusement des baies. L'espacement λ des croissants serait donc égal à la demi-longueur d’onde de l’onde de bord.

A Porsmilin, l’amplitude des croissants reste relativement réduite avec une longueur d’onde λ de 20 à 30 m (espacement entre les croissants) et une amplitude verticale de l’ordre de 30 cm. Entre le 18 et le 19 Avril, le MNT différentiel montre un apport sédimentaire d’environ 20 cm au niveau des cornes des croissants dans un contexte global d'apports sédimentaires (+185 m3 pour la totalité de la plage, dont 100 m3 au niveau des croissants). Les profils verticaux (Fig. 5) témoignent clairement du creusement du deuxième croissant qui n’était qu’ébauché le 18 Avril. Ce creusement se traduit sur le MNT différentiel par une perte en sédiments. Entre le 19 et le 20 Avril, la perte en sédiments se généralise (-180 m3 pour l'ensemble de la plage) : les baies se creusent (érosion de l’ordre de 10 à 15 cm) et l’extrémité des cornes s’érode. L’ensemble du système de croissants tend donc à reculer, cette tendance étant vraisemblablement liée à la légère intensification des conditions hydrodynamiques (augmentation de la hauteur de vagues).

Bilan

A partir des levés TLS, on peut mesurer les paramètres caractéristiques d’un système de croissants de plage. En couplant ces mesures à des données hydrodynamiques (fournies par le site PREVIMER®, par exemple), il est alors possible d’examiner si les croissants de plage observés valident l’une ou l’autre théorie de formation : auto-organisation ou onde de bord [8].

Références

  1. Jaud M. (2011). Techniques d'observation et de mesure haute résolution des transferts sédimentaires dans la frange littorale. Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, 245 p
  2. Dehouck A. (2006). Morphodynamique des plages sableuses de la mer d’Iroise (Finistère). Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, 262 p.
  3. Werner B. T. and Fink T. M. (1993). Beach cusps as self-organized patterns. Science, 260, pp. 968-971.
  4. Masselink G. and Pattiaratchi C.B. (1998). Morphological evolution of beach cusps and associated swash circulation patterns. Marine Geology, 146(1-4), pp. 93-113.
  5. Bowen A. J. and Inman D. L. (1969). Rip currents, 2. Laboratory and field observations. Journal of Geophysical Research, 74, pp. 5479-5490.
  6. Guza, R.T. and Inman D.L. (1975). Edge waves and beach cusps. Journal of Geophysical Research, 80, pp. 2997-3012.
  7. Ciriano Y., Coco G., Bryan K.R. and Elgar S. (2005). Field observations of swash zone infragravity motions and beach cusp evolution. Journal of Geophysical Research-Oceans, 110, C02018.
  8. Jaud M. (2011). Techniques d'observation et de mesure haute résolution des transferts sédimentaires dans la frange littorale. Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, 245 p



Le créateur de cet article est Marion Jaud
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