Potentiel de la télédétection pour l étude des mouvements gravitaires

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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 VILLEURBANNE berangere.casson@univ-lyon1.fr Tel : Fax : 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 ( ) 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 1

2 télédétection sont lourdes à mettre en œuvre 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 orthorectification 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 2

3 comparaison de données de différentes années et donc de suivre précisément l évolution des mouvements gravitaires au cours du temps ( Nord m 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m 30 m Fig. 1 : Images ortho-rectifiées de la Clapière accompagnées de la carte de précision du MNT 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 3

4 front du glissement, entre 1983 et 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. Nord 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 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 ) 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 4

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 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 plateforme radiocommandée: le drone lent est un petit appareil pouvant embarquer des systèmes d acquisition permettant d acquérir des images haute résolution pour des analyses multiéchelles et la caractérisation de petits objets. Les images obtenues serviront également à la construction de MNT permettant, par études différentielles, de quantifier tridimensionnellement 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. 5

6 Nord Nord 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 Détection du glissement de terrain de Saint-Etienne de Tinée par Interférométrie SAR et modélisation, C.R. Acad. Sci. Paris Série IIa : 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. 6