MÉTHODOLOGIES POUR LE LEVÉ BIOCÉNOTIQUE

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1 MÉTHODOLOGIES POUR LE LEVÉ BIOCÉNOTIQUE Méthodologies pour la validation terrain Les méthodologies suivantes sont mises en œuvre pour la vérité terrain : Méthodologie pour le levé géoréférencé synchrone par plongeurs professionnels Un plongeur est déposé sur la zone à étalonner déduite des images sonar. Avant l immersion, la montre du plongeur, l horloge de l appareil photo ou de la caméra et l heure du GPS sont synchronisées. Le plongeur relié à une bouée portant un GPS photographie le fond. Schéma de principe de la méthodologie du levé biocénotique géoréférencé Les plongeurs professionnels se conforment aux règles de sécurité édictées par le Ministère du Travail (décret n du 28 mars 1990). Les photos géoréférencées sont ensuite présentées sur une carte dynamique. Le rapport d observation des plongeurs présente et éventuellement localise : les espèces végétales et animales caractéristiques du site : présence, absence, densité, diversité, les espèces protégées les informations sur les point d intérêts spécifiques des sites, sur les paysages sous-marins ou angles de vue, ou d éclairage remarquables rejets d eaux usées, conflits entre les usagers, érosion des sites dus aux mouillages, herbier en mauvais état ) informations diverses : épaves de bateau, macro déchets, filets perdus, jas d ancres

2 Carte dynamique des photos géoréférencées Les photos géoréférencées sont présentées sur une carte dynamique. Cette carte est livrée sous format KMZ Exemple de cartographie dynamique d'herbiers La carte dynamique permet de matérialiser les points de vérités terrain. Par un simple clic, l'utilisateur obtient la fiche de vérité terrain associée.

3 Méthodologie pour le levé sur support 3D par plongeurs professionnels Le MNT bathymétrique est fourni à SEMANTIC TS. Ce levé présente la bathymétrie avec une maille de 1 m de coté. La finesse de la bathymétrie multifaisceaux et la possibilité d imprimer sur des plaquettes immergeables des vues en relief des pierres, associées à notre connaissance des sites vont nous permettre de pouvoir placer plus précisément les informations biocénotiques (caractérisation et état de santé) collectées sur la carte géoréférencée. SEMANTIC TS réalise les vues 3D nécessaires au report géoréférencé de la biocénose, elle procédera comme indiqué ci-après. Les données bathymétriques sont enregistrées à un format permettant une visualisation graphique en 3D. Le produit permet d extraire des vues 3D de portions de la zone que l on peut dimensionner à souhait, et que l on peut observer sous une série d angles de vue. Les images sont maillées, et chaque plongeur s immerge avec une planche 3D maillée qu il complète au fur et à mesure de sa plongée avec ses observations. Les 3 images ci-contre illustrent la représentation 3D couleurs de la bathymétrie pour 3 angles de vue (Sud, Sud-Ouest et Ouest) pour les pierres les plus au sud de l ile Verte à La Ciotat (Sur ces images le code de couleur est associé à la profondeur). Leur commentaires et observation sont compilés et synthétisés dans un rapport d observation. Exemple de support 3D bathymétrique Méthodologie pour le levé géoréférencé par caméra sous-marine SEMANTIC TS utilise sa caméra sous marine afin de disposer d images ou de séquences vidéos géoréférencées de la nature des fonds au nadir du navire. La qualité des photos/vidéos est réduite mais elle sert un usage fonctionnel, comme le montrent les exemples suivants, en permettant la reconnaissance des biocénoses. Exemple de photos prises avec la caméra: posidonie / roche / sable Dans ce cas la caméra visionne en point fixe sous le navire et est géoréférencée à l aide du GPS du navire. La station d acquisition des images installée à bord effectue des captures d images. L usage recommandé est dans 20 m de profondeur. Pour des profondeurs supérieures le client apportera de l éclairage supplémentaire. Les photos géo référencées sont ensuite présentées sur une carte dynamique.

4 Méthodologie de reconnaissance acoustique des fonds marins: Détection & Inspection Verticale Acoustique (DIVA) Le principe de la méthode de reconnaissance acoustique est le suivant : Semantic TS utilise un sondeur mono-faisceau scientifique haut de gamme porté par un bateau. Le navire instrumenté se déplace sur la zone à lever. Un PC installé à bord, récupère les informations en provenance des divers instruments de mesure, c'est-à-dire : la position (latitude, longitude et élévation de la mer) indiquée par un GPS différentiel la réponse impulsionnelle du signal sonore réverbéré par le fond fournie par le sondeur. Le système analyse et traite la réponse impulsionnelle et en déduit les caractéristiques de la végétation fixée sur le fond sous-marin Le PC traite les informations et, à une latitude et une longitude, il associe les informations caractéristiques de la végétation. Schéma de principe du système de sondage bathymétrique géoréférencé La première étape consiste à extraire du signal reçu par le sondeur le premier écho du fond. Une méthode d analyse discriminante permet ensuite d affecter à cet écho une classe de biocénose préexistante (par exemple : roche, sable, posidonie, ). Cette affectation se fait par l intermédiaire de fonctions discriminantes calculées à partir de fichiers d apprentissage pour chacune des classes définies (phase d apprentissage). Enfin, le résultat de la classification de l écho est associé à la latitude et la longitude fournies par le GPS, ce qui en assure le géoréférencement. SEMANTIC TS dispose sur son navire instrumenté d un sondeur acoustique monofaisceau qui permet ce type de fonctionnement. Ce sondeur est un sondeur scientifique haut de gamme qui a déjà été utilisé par des équipes de l INRA pour la caractérisation d espèces de poissons (travaux similaires) à partir du signal acoustique réverbéré par les bancs de poissons. Ce sondeur peut émettre à deux fréquences séparées de plusieurs octaves (38 khz et 200 khz), ce qui est fondamental pour obtenir des informations de caractérisations (les différentes fréquences signant les phénomènes environnementaux en fonction de la taille de leur longueur d onde). Sur le sondeur utilisé, la réponse acoustique du sondeur est différente selon que le son se réfléchit sur une zone couverte de végétation ou non, comme l illustre la figure suivante : Réponses acoustiques d'un fond de sable (à gauche) et de posidonies (à droite) Schéma de la répartition de la zostère du bassin d'arcahon (à gauche) -A droite : réponse acoustique du sondeur La méthode de détection acoustique développée par SEMANTIC TS exploite ce phénomène pour localiser les herbiers de posidonies. La méthode permet actuellement de bien distinguer les fonds de sable et de posidonies. Elle est à l étude sur les mattes mortes et les roches.

5 Complémentarité et avantages de la méthode DIVA La méthode DIVA est complémentaires des méthodes classiques de cartographies des biocénoses. Elle fonctionne sur herbier de plaine, elle place sur une carte un point vert en présence de végétation et un point jaune en son absence. Chaque point d'observation ''acoustique'' réalisé par DIVA remplace une observation visuelle de type présence/absence. Son linéaire journalier est important : 100 km/jour, soit typiquement quelques milliers de points d'observations «acoustiques» géoréférencés par jour! Exemple de cartographie surfacique avec la méthode DIVA En raison de son linéaire journalier (100 km/jour) important la méthode DIVA peut être utilisée en cartographie surfacique. Elle peut de plus être utilisée en classification ou vérité terrain. DIVA : un complément indispensable aux observations terrain! Exemple de classification à l'aide de DIVA (sur fond de mosaïque sonal) Caractéristiques suivantes de la méthode DIVA : méthode acoustique mono-faisceau Renseigne sur la présence de végétation : posidonies, laminaires, zostères... Fonctionne pour sable/végétation (extension en cours pour la matte et la roche) Précision : 1 m à 10 m de profondeur, 3 m à 30 m, 6 m à 50 m Récurrence d acquisition : 5 par seconde (recouvrement des taches au sol) Vitesse acquisition : 7 Nd Linéaire couvert : 100 km/jour soit quelques milliers de points d'observations «acoustiques» La méthode DIVA offre les plus values suivantes : Fournit simultanément la bathymétrie Fonctionne par toute profondeur ( par grands fonds là où il est difficile d envoyer des plongeurs, et à très basse profondeur où les engins remorqués ne peuvent aller) Est opérée simultanément avec d autres appareillages (sonar, sondeur multifaisceaux ) Fonctionne de jour ou de nuit, indépendamment du courant, de la température ou de la turbidité de l eau Mise en œuvre extrêmement simple (id navigation) (pas de mise à l eau : ni homme, ni engin) Traitement quasi temps-réel qui permet donc de se repositionner rapidement (optimisation des levés) Mémorisations des informations : procédé répétitif : utile pour les suivis d évolution Faible coût de mise en œuvre ; offerte si opérée en même temps qu un sondeur bathymétrique ou sonar latéral Elle permet de diminuer considérablement les vérités terrain et de conserver l action plongée pour des observations de qualité.

6 Analyse et synthèse des relevés biocénotiques La méthode acoustique sera mise en œuvre en même temps que le levé sonar. Ainsi sur chaque radiale de mesure sonar, on disposera de données acoustiques au nadir du navire. Les informations prélevées avec cette méthode acoustique seront traitées, et on livrera les données pertinentes, c est-à-dire là celle correspondant aux zones de sable sur herbiers de plaine. Les informations prélevées avec ces différents moyens seront analysées et synthétisées. Le rendu final sera une cartographie biocénotique (Fichier X, Y, Z, B) adjointe du rapport d observation des plongeurs. Les biocénoses suivantes seront cartographiées : Herbiers de posidonies et végétations remarquables Coralligène Matte morte Tombants rocheux à algues photophiles Fond sablo-vaseux Grottes Enrochements artificiels Fusion des données sonar et méthode DIVA Comme le montre la figure suivante, cette cartographie sera superposée à la mosaïque sonar. Elle apporte des éléments complémentaires d aide à l interprétation qui sont à la fois nombreux et très précisément géoréférencés. Illustration de la superposition des données sonar et méthode de détection acoustique

7 Application de la méthode DIVA à la caractérisation des sédiments superficiels Nous travaillons actuellement, dans le cadre d un contrat de recherche avec la DGA, à l extension de la méthode DIVA non plus seulement à la détection de la couverture végétale, mais à la caractérisation des sédiments superficiels. Dans ce but nous analysons la partie de la réponse impulsionnelle du sondeur monofaisceau correspondant à la réflexion sur le sédiment ; la forme du signal est différente selon que le fond est vaseux (absorbant le son) ou sableux (réfléchissant le son). La figure suivante illustre la variation de la réponse impulsionnelle entre deux fonds de sable : fin et grossier : Illustration de l impact de la nature du sédiment superficiel sur la forme de la réponse impulsionnelle. Comme l illustre la figure suivante la méthode DIVA est capable de différentier un fond de sable fin d un fond de sable grossier. Sable Fin Sable grossier Légende : Point jaune : sable fin Point brun : sable grossier Point vert : posidonie Illustration des résultats de l extension de la méthode DIVA à la caractérisation des sédiments superficiels Ces développements étant encore à l étude, nous complétons actuellement nos jeux de données nécessaires à la validation de la méthode. Nous proposons de définir une partie de la zone de travail, comme zone pilote pour notre projet de recherche. Nous pouvons ainsi vous fournir, sur les points d intérêt sédimentaires que nous allons analyser, les premiers résultats de la méthode DIVA étendue.

8 Méthodologie pour l'analyse sédimentaire Des prélèvements de sédiment sont effectués sur différents faciès acoustiques des zones d'étude. Les prélèvements sont réalisés au moyen d un carottier à main manipulé par plongeur permettant une pénétration du sédiment sur une profondeur de 20 cm et pour un volume constant de prélèvement de 1litre. Figure 1 : Prélèvement de sédiment par carottier à main et plongeur Granulométrie par gravimétrie et mesures volumiques Nous utilisons la méthodologie de mesure simplifiée mise en œuvre à bord des bâtiments du SHOM dont le principe repose sur la séparation du sédiment par tamisage (gravimétrie) humide, afin de déterminer les fractions des catégories suivantes : grossier (graviers), sable grossier, sable moyen, sable fin, et vases. Figure 2 : Schéma de principe de la procédure de mesure granulométrique simplifiée Définition des classes granulométriques La limite des classes granulométriques est définie d après la classification simplifiée d Udden-Wentworth [Wentworth 1922] Grain (mm) Tamis (µm) Classification de Wentworth simplifiée Dénomination SHOM Graviers Grossiers ou graviers Sables grossiers Sables grossiers Sables moyens Sables moyens Sables fin à sables très fin Sables fins Vases grossières à argiles et fraction dissoutes Vases

9 Figure 3: Exemple d'observation en plongée, de prélèvement et de refus du tamis supérieur (2 mm)