Les récifs artificiels peuvent atténuer l'érosion côtière dans les Grands Lacs. Les villes accepteront-elles les adopter?

Certains chercheurs proposent une solution d'origine naturelle à la question de l'érosion côtière, qui, selon eux, permettra aux sédiments de bouger et coûteront moins cher.

L'Illinois possède 63 miles de littoral le long de la rive sud-ouest du lac Michigan, presque tous fortifiés par des brise-lames métalliques, des digues en béton et même des pans de terres construites dans le lac.

Ces structures visent à protéger la ville de Chicago et sa banlieue contre l'érosion côtière. Mais selon Hillary Glandon, scientifique de la station biologique du lac Michigan à Zion, Illinois, cette fortification fait «partie du problème».

« Vous avez une structure de protection après la structure de protection après la structure de protection, et elle a vraiment perturbé l'écoulement naturel et les processus qui se produisent dans ces zones côtières », a déclaré Glandon.

Avec des niveaux d'eau qui peuvent varier de plusieurs pieds d'une année à l'autre – et le changement climatique rendant ces variations encore plus imprévisibles – les villes à travers les Grands Lacs travaillent à fortifier leurs côtes et à prévenir l'érosion. Mais les infrastructures côtières traditionnelles comme les ruptures peuvent coûter des dizaines de millions de dollars, ce qui en fait une forte ascenseur financier pour les gouvernements locaux. Et bien que ces ruptures aident à conserver le sable et à construire le littoral directement à l'intérieur des terres où ils sont construits, ils empêchent également les courants de transporter des sédiments plus loin sur la côte, aggravant les effets de l'érosion en aval.

Glandon et son équipe ont une solution: installer des récifs artificiels dans les bas-fonds du lac pour tempérer l'intensité des vagues et préserver le rivage directement à l'intérieur des terres. Grâce à un projet pilote financé par le gouvernement fédéral, l'équipe étudie deux récifs artificiels, un à l'Illinois Beach State Park à Zion, et un autre à Fort Sheridan à Highland Park, à proximité. Ils espèrent collecter des données sur l'impact de ces récifs sur le littoral local pour voir si les récifs artificiels sont une solution évolutive à l'érosion côtière dans les Grands Lacs.

« Ce projet espérait proposer des conceptions plus douces, pas nécessairement entièrement entièrement ce mouvement de sable et d'eau, mais aussi une conception plus rentable », a déclaré Glandon. Les deux récifs qu'elle étudie sont tous deux entièrement en matériaux naturels et construits par le US Army Corps of Engineers. Le récif de Fort Sheridan a été construit en 2020, tandis que celui de l'Illinois Beach State Park a été construit l'année suivante, conçu dans le cadre du programme de contrats à terme sur les futurs portuaires de l'Université de Pennsylvanie. Leur approche, appelée «crêtes de gravats», est relativement simple et implique d'empiler du sable dragué et du calcaire sous la surface pour bloquer les vagues.

Bien que les récifs artificiels aient été utilisés dans le monde pour renforcer la biodiversité, leur utilisation pour le contrôle de l'érosion est nouvelle. Le lac Michigan abrite déjà une poignée de récifs artificiels, dont la plupart sont situés plus loin du rivage comme habitat pour la vie marine.

Aux États-Unis, certains chercheurs disent que ceux-ci pourraient servir le double but de stimuler les populations de poissons et de prévenir l'érosion, de perturber les vagues afin qu'elles soient moins intenses lorsqu'ils s'écrasent à terre.

« C'est une optimisation hydrodynamique pour obtenir l'énergie des vagues qui vient dans ces structures de récif », a déclaré Ansel Garcia-Langley, étudiante diplômée au Massachusetts Institute of Technology qui travaille sur une autre conception de récif architectée. « Alors que les vagues frappent ces piliers, cela force les vagues dans différentes directions, de sorte qu'ils se tournent dans ces tourbillons. Ainsi, une grande partie de l'énergie qui arrive est dissipée sur elle-même. »

Garcia-Langley et ses collègues du MIT ont terminé leur étude initiale sur les récifs architectés en mars dernier et ont trouvé des résultats prometteurs. Son équipe, dirigée par le professeur d'Ocean Science and Engineering Michael Triantafylou, a créé une conception de récifs cylindriques uniques qui vise à maximiser la traînée sur l'énergie des vagues, forçant les vagues à travers des fissures dans la structure pour abaisser cette énergie avant qu'elle ne touche la côte.

Des récifs comme ceux-ci aident à préserver l'écoulement naturel du sable et des sédiments le long des côtes. Des structures comme les digues peuvent créer ce que Garcia-Langley a appelé les «zones mortes», où ce débit atteint un arrêt, redirigeant l'augmentation de l'énergie des vagues vers les zones environnantes.

Pour les gouvernements locaux qui jockey pour le contrôle du littoral du lac Michigan, éviter ces zones mortes est essentielle.

« Le lac est précieux, non? Les gens veulent vivre près du lac. Ils veulent pouvoir aller à la plage », a déclaré Glandon. «Et donc en supprimant cette possibilité d'un propriétaire foncier en raison des actions en amont a tendance à provoquer une réelle tension.»

Dans l'Illinois, il y a des dizaines de municipalités qui bordent le lac Michigan et des centaines de propriétaires fonciers privés. Parce que les villes et les propriétaires avec une tranche de ce rivage contrôlent leur propre infrastructure, la protection du littoral peut être chauffée. Les sédiments coulent du nord au sud dans le lac Michigan, donc lorsqu'une ville installe une digue, elle peut empêcher les sédiments d'atteindre les côtes directement vers le sud, laissant ces endroits plus vulnérables.

Cela a conduit à un débat houleux entre certaines villes du rivage, a déclaré Cody Eskew, un spécialiste des études côtières avec l'Illinois Sustainable Technology Center. Eskew, qui travaille en étroite collaboration avec le Département des ressources naturelles de l'Illinois, a aidé à gérer le groupe de travail sur la gestion de Shoreline d'IDNR depuis 2015, organisant des réunions biannues avec les gouvernements locaux qui partagent le littoral du lac Michigan pour travailler dans leurs plans de protection contre le littoral.

« Au début, je pense qu'il y avait juste un manque de compréhension de la dynamique des littoraux dans notre région, en particulier la région de la Côte-Nord », a déclaré Eskew. «Au parc d'État de l'Illinois Beach, il y a une tonne de sable là-bas, mais lorsque vous allez un peu plus au sud en direction de ces quartiers de la rive nord, nous avons constaté qu'il n'y a tout simplement pas beaucoup de sable naturel sur ce morceau du rivage. Donc, les communautés sont vraiment limitées en termes de, vous savez, ce qu'ils peuvent attendre de leur voisin et l'obtention de sable de la hausse.»

Cela rend les récifs artificiels particulièrement séduisants dans les Grands Lacs – ils sont un moyen de bloquer l'énergie des vagues sans aggraver l'érosion pour les voisins, et ils sont beaucoup moins chers que les infrastructures traditionnelles. Par exemple, le ministère des Ressources naturelles de l'Illinois a récemment financé un projet de projet 22 brise-debout au large des côtes de l'Illinois Beach State Park, qui a coûté environ 73 millions de dollars. L'installation des crêtes de gravats de la plage coûte 1,4 million de dollars, selon Eskew.

« La communauté typique n'aura pas dans son budget d'investissement pour pouvoir installer quelque chose d'aussi grand », a-t-il déclaré à propos des ruptures. « Ils examinent donc vraiment ces structures plus hybrides. »

Les coûts ne sont pas fixés et peuvent varier considérablement, a déclaré Juliet Simpson, un écologiste côtier du programme de subvention en mer du MIT qui travaille également sur son projet de récifs architectés avec Garcia-Langley. L'année dernière, l'équipe a estimé que son modèle coûte environ 6 millions de dollars par mile, tandis que Simpson a noté que d'autres modèles de récifs peuvent coûter plus de 10 millions de dollars par mile. L'équipe espère réduire encore plus ce coût pour rendre ces protections abordables pour les communautés côtières.

Alors, qu'est-ce qui empêche cette nouvelle approche des récifs artificiels de décoller? Selon Sean Burkholder, qui dirige l'équipe UPenn Healthy Port Futures qui a aidé à concevoir les crêtes des décombres, c'est simplement un manque de familiarité.

« Nous vivons sur des rivages qui ont été protégés par les digues depuis des centaines d'années, et nous savons en quelque sorte qu'ils travaillent », a déclaré Burkholder. «Nous savons également quand ils échouent et comment ils vont échouer. Tout type d'infrastructure basée sur la nature, ils ne sont pas très bien prouvés.»

Pour prouver le concept, Glandon et son équipe collecte méticuleusement des données sur la façon dont les récifs artificiels de l'Illinois Beach et du Fort Sheridan ont un impact sur leurs rivages respectifs au cours de cinq ans.

Les données montrent déjà des résultats prometteurs – et selon Eskew, il a attiré l'attention de responsables travaillant sur la gestion des littoraux dans tout le lac Michigan. Si tout se passe bien, ces crêtes de décombres pourraient bientôt apparaître sous la surface de nombreux Grands Lacs.

«Souvent, ces types de structures sont construits, et il y a très peu d'exigences pour la surveillance après la construction.» Dit Glandon. «Je pense que c'est une image vraiment quantitative du changement de rivage et de la création de l'habitat aquatique à la suite de ces brise-lames à terre proche.»