Evaluation de l impact des barrages sur l organisation longitudinale des mésohabitats fluviaux

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1 10 juin 2016 Journée Technique Avancées, apports et perspectives de la télédétection pour la caractérisation physique des corridors fluviaux Evaluation de l impact des barrages sur l organisation longitudinale des mésohabitats fluviaux Thématique D Applications opérationnelles de la télédétection Spitoni M., Piégay H., Vaudor L. / CNRS UMR 5600 / ENS de Lyon / France

2 Contexte et objectifs 2 - Cadre méthodologique 3 - Résultats et discussion 4 - Conclusion 2

3 1 234 DESCRIPTION DES MÉSOHABITATS Emblématiques de la structure du lit Plusieurs types de mésohabitats Fonctionnalités écologiques SÉQUENCES SEUIL - MOUILLE Lifeinfreshwater.org IMPACT DES PRESSIONS HUMAINES SUR LA GÉOMÉTRIE DU FOND DU LIT Transformation et disparition des mésohabitats Différents types de pressions humaines Ici : barrages IMPACT DES BARRAGES Effets sur le transport solide changements sur la géométrie du fond du lit 3

4 1 234 Bassin Versant de l Ain Limite départementale Principaux affluents de l Ain Ain Villes principales Ouvrages hydroélectriques JURA CAS DE L AIN RIVIÈRE À GRAVIERS IMPACTÉE PAR LES BARRAGES QU ELLE ACCUEILLE Vouglans Bourg-en-Bresse Coizelet Cize-Bolozon Saut-Mortier La rivière a subi une période intensive de mise en service d ouvrages hydroélectriques jusqu aux années 1970 AIN Allement Pont d Ain HAUTE-SAVOIE Meximieux Lyon ISERE Adapté de Lejot et al. (2007) et de BasseValleeAin.fr 4

5 1 234 Pont endommagé par l incision Pont de Priay CAS DE L AIN RIVIÈRE À GRAVIERS IMPACTÉE PAR LES BARRAGES QU ELLE ACCUEILLE Rollet, 2007 Lit fixé par des sédiments grossiers Secteur incisé à Varambon La rivière a subi une période intensive de mise en service d ouvrages hydroélectriques jusqu aux années 1970 Rétraction des bancs de graviers Incision du lit (lignes d eau) Pavage du lit (idem) Rollet, 2007 Rollet,

6 1 234 Bassin Versant de l Ain Ouvrages hydroélectriques Ain JURA DEUX SECTEURS À DYNAMIQUE DISTINCTE EN AVAL DES OUVRAGES Vouglans 1. Secteur amont : actuellement impacté, alors qu il ne l était pas en 1970 AIN Pont d Ain Allement HAUTE-SAVOIE SECTEUR AFFECTÉ (~20 KM) 2. Secteur aval jusqu à la confluence avec le Rhône : encore diversifié Rollet, 2007 SECTEUR NON-AFFECTÉ (~30 KM) Lyon ISERE Adapté de Lejot et al. (2007) et de BasseValleeAin.fr 6

7 1 234 HYPOTHÈSE La séquence longitudinale des seuils et des mouilles est sous développée dans la section amont depuis la construction des barrages alors que dans la section plus aval, les changements ne se sont pas encore propagés. OBJECTIFS Analyser par imagerie rétrospective, les effets potentiels des barrages sur la morphologie du lit avec des Orthophotos de l IGN 1. Détection et caractérisation de la séquence seuils-mouilles 2. Analyse comparée inter-dates et inter-tronçons de la structure du fond du lit / Secteur affecté Secteur non-affecté 7

8 EXTRACTION DU SIGNAL RADIOMÉTRIQUE BRUT TALWEG 2 SEGMENTATION DU SIGNAL RADIOMÉTRIQUE BRUT 3 TRANSFORMÉE DE FOURIER + LARGEUR EN EAU Radiométrie (px) Affecté Non-Affecté Période (m) Filtre des hautes fréquences Périodes caractéristiques des séquences seuil-mouille Distance (m) Coefficient de Fourier 6 COMPARAISON INTERDISTANCES MESURÉES AVEC LITTÉRATURE 5 INTERDISTANCE SEUIL MOUILLE PAR ONDELETTES SIGNAL LISSÉ (MAXIMUMS-MINIMUMS LOCAUX) 4 ONDELETTES DISCRÈTES PÉRIODE DÉTERMINÉE PAR TRANSFORMÉE Radiométrie (px) DE FOURIER Radiométrie (px) Distance (m) Distance (m) 8

9 3 4 EXTRACTION DE LA PROFONDEUR PAR RADIOMÉTRIE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n Autoroute A42 D12 Priay D904 Châtillon-la-Palud SNCF Villieu-Loyes-Mollon adiométrie Standardisée adiométrie Standardisée Distance amont-aval (km) 9

10 3 4 TRANSFORMÉE DE FOURIER + SÉLECTION DES PÉRIODES CARACTÉRISTIQUES DES SÉQUENCES SEUIL-MOUILLE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n Période (m) Filtre des hautes fréquences Sélection des longueurs d ondes caractéristiques à partir du signal spectral : I λ = [320 ; 1000] (m) Coefficients de Fourier Coefficients de Fourier Période (m) Coefficients de Fourier Coefficients de Fourier 10

11 3 4 EXTRACTION DES HABITATS SEUILS-MOUILLES : MÉTHODE SEMI-AUTOMATIQUE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n S5, S6 S5, S6 Radiométrie Standardisée D6 D Distance amont-aval (km) 11

12 3 4 EXTRACTION DES HABITATS SEUILS-MOUILLES : MÉTHODE SEMI-AUTOMATIQUE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n S5 S5 Radiométrie Standardisée D6 D Distance amont-aval (km) 12

13 3 4 EXTRACTION DES HABITATS SEUILS-MOUILLES : MÉTHODE SEMI-AUTOMATIQUE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n S5 S5 Radiométrie Standardisée D6 D Distance amont-aval (km) 13

14 3 4 EXTRACTION DES HABITATS SEUILS-MOUILLES : MÉTHODE SEMI-AUTOMATIQUE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n S5 S5 Radiométrie Standardisée D6 D Distance amont-aval (km) 14

15 3 4 EXTRACTION DES HABITATS SEUILS-MOUILLES : MÉTHODE SEMI-AUTOMATIQUE S e c t e u r a f f e c t é e n S e c t e u r n o n a f f e c t é e n S5 S5 Radiométrie Standardisée D6 D SEUIL observé MOUILLE observée Distance amont-aval (km) 15

16 3 4 INTERDISTANCES RAPPORTÉES À LA LARGEUR MOYENNE EN EAU Moyenne Affecté Non-affecté Affecté Non-affecté 16

17 3 4 INTERDISTANCES RAPPORTÉES À LA LARGEUR MOYENNE EN EAU Moyenne à 3.5 fois la largeur du chenal Richards, 1976 Affecté Non-affecté Affecté Non-affecté 17

18 4 DÉTECTION DES MÉSOHABITATS À PARTIR D ORTHOPHOTOS DE L IGN Détections des mésohabitats par imagerie, c est possible Avec la technique des ondelettes appliquée aux images brutes Validée par la photo-interprétation INTERDISTANCE/LARGEUR Résultats similaires à ceux avancés par Richards (1976) sur les secteurs non affectés 2.5 à 3.5 fois la largeur du chenal Résultats différents sur le secteur affecté par le déficit sédimentaire en => HYPOTHÈSE VALIDÉE 18

19 4 MISE EN ŒUVRE OPÉRATIONNEL À CE JOUR : Démarche développée Données : disponibles en ligne gratuitement Géoportail IGN, etc. Décomposition en ondelettes discrètes : outil en ligne WaveleT (package R) - LIMITES CIBLÉES : 1. Visibilité des mésohabitats analyse critique des orthophotos 2. Transformée de Fourier applicable à un signal stationnaire une segmentation «experte» est nécessaire au préalable 3. Sélection du niveau scalaire à partir de la transformée de Fourier nécessaire pour la décomposition en ondelettes discrètes CE QUI EST EN COURS DE DÉVELOPPEMENT : Interface simplifiée pour calculer automatiquement les interdistances seuil-mouille à partir d un filaire extrait des orthophotos par l opérateur 19

20 4 PERSPECTIVES Explorer le potentiel de la largeur en eau comme indicateur de la variabilité longitudinale des mésohabitats : possibilité d extraire les séquences seuil-mouilles grâce à la structure longitudinale de la largeur Etendre la démarche à un panel de rivières : pour replacer une rivière dans son contexte régional - par la relation interdistance/largeur 20

21 M E R C I P O U R V O T R E A T T E N T I O N!

22 ~ 100 m wetted Width Rivière Ain lors d une visite en septembre 2015 SITE D ETUDE: Rivière Ain (France) principal affluent du Rhône Jura Basse vallée

23 3 45 Bassin Versant de l Ain Limite départementale Principaux affluents de l Ain Villes principales Ouvrages hydroélectriques Ain JURA Pont d Ain Barrage d Allement Secteur incisé Vouglans Priay Bourg-en-Bresse AIN Meximieux Allement Pont d Ain HAUTE-SAVOIE Gévrieux Mollon Secteur non-incisé Lyon ISERE Adapté de Lejot et al. (2007) et de BasseValleeAin.fr Adapté de Lejot et al., 2010

24 3 4

25 2 34 R = R g + R w + (R b R w )e Kz => Z = ln(r) R = Reflectance de la surface g = contribution de la surface de l eau w = profondeur sous la surface de l eau, en prenant en compte la contribution des photos qui n ont pas atteint le fond du lit b = réflexion du fond du lit K = coefficient d atténuation efficace qui comprend la contribution de l atténuation des remontées et des descentes d eau (de l anglais upwelling, downwelling) Z = profondeur de l eau MODÈLE GÉNÉRAL BATHYMÉTRIQUE PAR IMAGERIE LUMIÈRE DU SOLEIL + EAU + SURFACE SUBMERGÉE DU LIT DU CHENAL Smelt et al., 2008 Avec des conditions atmosphériques, de turbidité et de substrat homogènes, le signal radiométrique peut être directement lié à la profondeur RADIOMÉTRIE VS MESURES DE PROFONDEURS Profondeur observée (m) Rouge Vert Bleu Etude sur l Ain en 2007 Lejot et al., 2007 Z = a + b x ln(r) -2.6 Rouge Vert log, R, V, B R² = 0.81 R² = 0.65 Titre journée Bleu - Arial - corps R² = p-value < Lejot et al., 2007

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