Potentiel de la télédétection pour l’étude des mouvements gravitaires

Description

Potentiel de la télédétection pour l’étude des mouvements gravitairesB. Casson, C. Delacourt, D. Baratoux , C. Sqarzoni et P.AllemandLaboratoire des Sciences de la Terre- UMR 5570 UCBL1 et ENS LYON Bât. Géode. 2, rue Raphaël Dubois69100 VILLEURBANNE Email : [e-mail] : 04-72-44-84-90 Fax : [phone]Résumé :La caractérisation géométrique et cinématique des glissements de terrain est essentielleà la bonne compréhension de la dynamique de ces mouvements. Le potentiel et les contraintesd’utilisation de différentes méthodes de télédétection appliquées à l’auscultation des versantsinstables sont présentés ici. Parmi elles, la photogrammétrie aérienne qui permet la restitutionde la topographie et l’ortho-rectification de clichés avec une précision et une résolutionspatiales métriques. L’interférométrie radar est également utilisée et fournit des donnéesd’une précision spatiale centimétrique, d’une résolution temporelle journalière mais d’unerésolution spatiale n’excédant pas 10 m. Ces méthodes ont été appliquées au suivi desmouvements du glissement de terrain de La Clapière (Alpes- Maritimes – France) etsoulignent l’homogénéité des mouvements de ce versant sur des périodes longues (1983-1999) tandis qu’à court terme, l’interférométrie radar met en évidence des hétérogénéitésspatiales dans les déplacement de surface.Mots clés : Mouvements gravitaires, photogrammétrie aérienne, interférométrie radarIntroductionLa caractérisation ...

Informations

• Publié par: Phoun
• Nombre de lectures: 61
• Langue: Français

Extrait

1

Potentiel de la télédétection pour l’étude des mouvements gravitaires

B. Casson, C. Delacourt, D. Baratoux , C. Sqarzoni et P.Allemand

Laboratoire des Sciences de la Terre- UMR 5570 UCBL1 et ENS LYON Bât. Géode. 2, rue Raphaël Dubois

69100 VILLEURBANNE Email :

[e-mail]

Tel : [phone]

Fax : [phone]

Résumé :

La caractérisation géométrique et cinématique des glissements de terrain est essentielle

à la bonne compréhension de la dynamique de ces mouvements. Le potentiel et les contraintes

d’utilisation de différentes méthodes de télédétection appliquées à l’auscultation des versants

instables sont présentés ici. Parmi elles, la photogrammétrie aérienne qui permet la restitution

de la topographie et l’ortho-rectification de clichés avec une précision et une résolution

spatiales métriques. L’interférométrie radar

est également utilisée et fournit des données

d’une précision spatiale centimétrique, d’une résolution temporelle journalière mais d’une

résolution spatiale n’excédant pas 10 m. Ces méthodes ont été appliquées au suivi des

mouvements du glissement de terrain de La Clapière (Alpes- Maritimes – France) et

soulignent l’homogénéité des mouvements de ce versant sur des périodes longues (1983-

1999) tandis qu’à court terme, l’interférométrie radar met en évidence des hétérogénéités

spatiales dans les déplacement de surface.

Mots clés :

Mouvements gravitaires, photogrammétrie aérienne, interférométrie radar

Introduction

La caractérisation géométrique et cinématique, à différentes échelles spatiales et

temporelles, des mouvements gravitaires est une étape indispensable à la compréhension de la

dynamique du phénomène. C’est en outre une information fondamentale pour contraindre

toute modélisation. La télédétection est un outil particulièrement bien adapté pour cette

caractérisation puisqu’elle permet d’obtenir une vision globale de l’édifice, à différentes

échelles spatiales (du centimètre à la dizaine de mètres) et temporelles (quelques heures à

plusieurs années), en s’affranchissant des problèmes d’accès. Cependant les méthodes de

2

télédétection sont lourdes à mettre en oeuvre et nécessitent des développements

méthodologiques importants pour leur utilisation en contexte montagneux. Ce texte présente

le potentiel et les limitations de différentes techniques de télédétection aériennes et spatiales

dans le cadre de l’étude des mouvements gravitaires, ainsi que leur complémentarité dans le

cas du glissement de « La Clapière » (Alpes-Maritimes).

Mesures Ponctuelles

Les techniques ponctuelles de mesures de déformation de surface (Tachéométrie et

GPS) sont d’une grande précision. Cependant, elles restent coûteuses en temps d’acquisition,

ne sont pas représentatives des hétérogénéités spatiales des mouvements gravitaires et

nécessitent, notamment pour le GPS, une présence humaine sur le terrain, présence souvent

risquée dans des contextes de glissements gravitaires. La nécessité de disposer d’images de la

déformation, tout en limitant l’intervention humaine sur l’objet d’étude, est dès lors

indispensable.

Imagerie aérienne

Afin d’exploiter la base de données de 50 ans de photographies aériennes IGN, nous

avons développé une méthodologie d’ortho-rectification des clichés qui permet de projeter

chaque image dans un même référentiel, permettant ainsi les études quantitatives. L’ortho-

rectification nécessite la construction d’un MNT à partir de couples stéréoscopiques d’images

aériennes, MNT dont la précision et la résolution doivent être métriques afin de pouvoir

réaliser des suivis précis des mouvements de terrain. La construction du MNT comprend 2

grandes étapes (

Casson et al, in press

): la corrélation ou reconnaissance des points

homologues sur les images du couple stéréoscopique puis la construction du MNT au sens

strict grâce aux formules photogrammétriques. Deux types de problèmes interviennent au

cours de la construction d’un tel MNT : il est en effet nécessaire de calculer précisément les

paramètres d’acquisition (position et angles de caméras) des images et de s’affranchir des

distorsions liées à la topographie locale. La résolution du MNT est alors métrique pour une

précision moyenne inférieure à 5 m. En outre, l’intérêt de cette méthode est l’obtention d’une

carte de précision du MNT, qui associe une précision de positionnement à chaque point. Les

images aériennes sont alors projetées, grâce au MNT, dans un repère donné (Fig. 1) et des

mesures de déplacement d’une précision de quelques mètres sont réalisables. L’avantage

majeur de cette technique d’ortho-rectification d’images aériennes est de permettre la

3

comparaison de données de différentes années et donc de suivre précisément l’évolution des

mouvements gravitaires au cours du temps.

Nous avons appliqué cette méthode au versant instable de « La Clapière » à Saint-

Etienne-De-Tinée dans les Alpes-Maritimes. Quatre clichés ortho-rectifiés ont été utilisés

pour caractériser la géométrie et les déplacements sur ce versant entre 1983 et 1999 (Fig. 1).

L’évolution des limites du glissement au cours de ces 17 années a ainsi été étudiée, mettant en

évidence l’apparente stabilité (à

±

15m ) des limites latérales et de la limite sommitale Ouest

du glissement, tandis que la limite supérieure Est recule de 370

±

15m sur cette période (Fig.

2). Le développement, à l’Ouest du glissement, au-dessus du village, de zones instables

caractérisées par des éboulements, a cependant été noté (Fig. 2). L’étude de l’évolution de

l’aire du glissement, comparée à la progression des éboulis sur la même période, a permis de

souligner les différences dynamiques entre le phénomène d’éboulement et de glissement au

sens strict. A l’intérieur du glissement, l’étude des surfaces éboulées a permis de distinguer

des zones actives, où les surfaces éboulées se développent, et des zones où la végétation

gagne sur les éboulis, marquant une stabilisation momentanée de la surface à l’échelle de nos

mesures. D’autre part, un déplacement des structures internes au glissement, uniforme sur 5

ans et à 15 m près, d’une valeur de 100

±

15m dans le sens de la pente, a été calculé (Fig.2).

Cette valeur, égale à la progression du front du glissement sur cette même période, témoigne

d’un faible épaississement frontal et/ou d’une faible exportation du matériel par la rivière au

500 m

500 m

500 m

500 m

1983

1991

1995

1999

Fig. 1

: Images ortho-rectifiées de la

Clapière accompagnées de la carte de

précision du MNT

5 m

10 m

30 m

0

m

20 m 25 m

500 m

15 m

Nord

4

front du glissement, entre 1983 et 1999. Le retrait sommital étant par ailleurs plus rapide que

la progression frontale, le matériel déstabilisé a pu être, d’une part, évacué latéralement en

accord avec la progression latérale des éboulis et, d’autre part, stocké à l’intérieur du

glissement, par exemple au-dessus de la barre d’Iglière, où les plus faibles pentes semblent

appuyer cette hypothèse. Enfin, le calcul des vitesses de déplacements à l’intérieur du

glissement a mis en évidence le ralentissement des mouvements de terrain entre 1995 et 1999

et a permis de valider notre méthode puisque ces vitesses (moyennées sur 5 ans) obtenues

grâces aux images ortho-rectifiées entre 1983 et 1999 sont identiques aux vitesses obtenues

par tachéométrie sur les mêmes intervalles.

La principale limite de cette méthode reste cependant la résolution temporelle de 5 ans

en moyenne qui ne permet pas de mesurer les variations temporelles rapides d’activité d’un

glissement. Notons également que la résolution spatiale ne permet pas l’étude de structures

caractéristiques de taille inférieure à 1 m. Prochainement 2 projets spatiaux du CNES (SPOT

6 et SVO - lancement prévu en 2004-2005) permettront d’obtenir des images avec une

résolution de 60 cm et une répétitivité temporelle comprise entre 1 jour et 1 mois.

Interférométrie Radar

Une solution au problème de précision de la mesure et de répétitivité temporelle a été

apportée par l’interférométrie radar. En effet, l’acquisition de 2 images radar d’une même

zone, à deux instants différents, permet de calculer un interférogramme, image de la

Nord

500 m

Fig. 2

: Evolution du glissement de la

Clapière entre 1983 et 1999

Limites des principaux escarpements et niches

d’arrachement

en 1983

en 1991

en 1995

en 1999

Failles majeures

Rivières

Cônes alluviaux

Routes

5

déformation du sol entre les deux acquisitions, avec une précision centimétrique (Fig. 3).

Appliquée au versant de la Clapière et au glissement de la Valette (Barcelonnette), cette

méthode a permis de mettre en évidence les hétérogénéités spatiales et temporelles des

mouvements de surface (

Squarzoni et al., in press

), sur des périodes de 1 à 3 jours, entre 1991

et 1999. Cependant la dépendance au cycle orbital, la composante unidirectionnelle de la

déformation et la perte de cohérence en cas de modification de l’état de surface (végétation)

restent des limites à l’emploi de cette méthode (

Fruneau et Achache, 1995

).

Drone

Le développement d’une méthode de caractérisation cinématique et géométrique des

versants instables qui permet à l’utilisateur d’adapter la résolution temporelle à l’objet de

l’étude mais également d’étudier les objets à haute résolution spatiale, semble nécessaire.

Nous développons actuellement une technique de photographie aérienne à partir d’une plate-

forme radiocommandée: le drone lent est un petit appareil pouvant embarquer des systèmes

d’acquisition permettant d’acquérir des images haute résolution pour des analyses multi-

échelles et la caractérisation de petits objets. Les images obtenues serviront également à la

construction de MNT permettant, par études différentielles, de quantifier tri-

dimensionnellement les mouvements de matière. Enfin, cet appareil peut réaliser des

campagnes d’acquisition avec des répétitivités variables et ainsi améliorer la résolution

temporelle du suivi des glissements gravitaires.

Conclusion

Cependant, aucune des méthodes présentées ci-dessus ne semble seule répondre au

cahier des charges nécessaire pour un suivi cinématique et temporel précis d’un versant

instable. La combinaison des diverses banques de données et l’exploitation des différentes

échelles temporelles et spatiales disponibles est donc l’avenir de telles études. Le premier

exemple, en cours de développement actuellement, est la combinaison des données aériennes

et interférométriques réalisée à partir des interférogrammes et des images ortho-rectifiées sur

le glissement de La Clapière (Fig. 3). L’intégration des données haute résolution obtenues

grâce au drone et des données ponctuelles acquises en continu par tachéométrie est également

prévue. Ces données combinées devraient notamment permettre de mettre en évidence les

hétérogénéités de comportement du glissement sur de courtes périodes et avec une précision

centimétrique.

6

Fig. 3

: Complémentarité des données aériennes et interférométriques sur le glissement de La Clapière

Remerciements :

Ce travail a été réalisé avec le soutien CNES, de la société IMAGE, dans le cadre des

programmes ACI-CATNAT, PNTS et PNRN.

Bibliographie :

Casson, B. Delacourt, C. Baratoux, D. Allemand, A.

In press. Seventeen years of La Clapière

landslide evolution analized from ortho-rectified aerial photographs, Eng. Geol.

Fruneau, B. Achache, J. 1995. Détection du glissement de terrain de Saint-Etienne de Tinée

par Interférométrie SAR et modélisation, C.R. Acad. Sci. Paris. 320. Série IIa : 809-816

Squarzoni, C. Delacourt, C. Allemand, P., In press. Nine years of spatial and temporal

evolution of the la Valette Landslide observed by SAR Interferometry, Eng. Geol.

500 m

500 m

Nord

Nord