Analyse et cartographie de la morphologie : méthodologie utilisée

1.2.1. Topographie

Au cours de cette étude, nous avons été amenés à mesurer précisément la topographie de certaines surfaces, afin de caractériser leur déformation, notamment due à l’activité tectonique. Pour ce faire, nous avons utilisé plusieurs outils, apportant chacun un degré de précision différent. Le GPS cinématique, pour construire des modèles numériques de terrain et effectuer des profils, le long de surfaces ; le théodolite, pour identifier la position des marqueurs tels strates et plans de faille ; enfin, le distancemètre pour mesurer les distances entre différentes surfaces (terrasse par rapport à la rivière par exemple).

1.2.1.1. GPS cinématique

Le GPS cinématique est une méthode de mesure de la topographie qui s’appuie sur l’utilisation de plusieurs appareils de navigation satellitaire utilisés simultanément.

Les fondements de la méthode du GPS ont été décrites dans plusieurs ouvrages (Hofmann-Wellenhof et al., 1997; Leiks, 1995). Le principe des systèmes de navigation satellitaire est simple : plusieurs satellites en orbite autour de la terre, à 20200 km, émettent un signal complexe daté précisément grâce à leur horloge atomique. Un récepteur au sol, recevant le signal d’au moins 4 satellites peut calculer sa position par rapport aux satellites sources, en fonction du temps de propagation du signal et de la connaissance des éphémérides. La précision de la position calculée est fonction du nombre de satellites dont le récepteur reçoit le signal, ainsi que de la qualité du signal.

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-La méthode du GPS cinématique repose sur l’utilisation de deux récepteurs reliés par radio. Un récepteur est fixe et est utilisé comme « base » tandis que le second est utilisé sur le terrain, à une distance idéalement inférieure à 10 km de la base. Au cours de cette étude nous avons travaillé avec un pas de temps d’une seconde. En compilant les enregistrements simultanés des deux récepteurs, on peut alors obtenir une précision de l’ordre du centimètre horizontalement et de quelques centimètres verticalement.

Figure 3 - 1 : A : port du GPS cinématique au cours de mesures : l’antenne est portée au-dessus de la tête (afin d’éviter un écrantage) et est reliée au récepteur qui enregistre le trajet suivi. B : Base du GPS cinématique : fixée de manière à ne pas pouvoir bouger et avoir la même position chaque jour de mesure.

Nous avons utilisé des récepteurs Topcon utilisant le réseau GPS, et le réseau russe GLONASS. Le logiciel de traitement des données est Topcon Tool v.7.2. L’enregistrement des données s’est effectué sur plusieurs jours. La position de la base n’ayant pas changé entre chaque journée d’acquisition, sa position exacte a été calculée pour une journée, puis imposée pour le calcul des journées suivantes (voir paragraphe calcul de la position de la base) Les données de GPS cinématique ont servi à mesurer la topographie, donc la hauteur des escarpements de faille, mais aussi à construire un modèle numérique de terrain (MNT). Localement, les données de GPS cinématique étaient insuffisantes, et nous les avons complétées avec les données du MNT Aster à 30m. Afin de construire un MNT précis, il était nécessaire que les données acquises par le GPS cinématique soient replacées dans un référentiel commun aux données du GDEM ASTER. La position exacte de la base a donc été calculée en utilisant les données obtenues après une journée d’enregistrement. Les données ont été analysées en suivant la stratégie suivante : (1) analyse de la période initiale de l’ionosphère; (2) analyse des résidus ; (3) résolution des ambigüités de large bande en utilisant la combinaison linéaire de Melbourne–Wubbena (Melbourne, 1985; Wübbena, 1985 ) avec fichiers DCB lorsqu’ils étaient disponibles ; (4) calcul de la période de l’ionosphère initiale en introduisant les combinaisons linéaires d’ambigüités résolues par Melbourne –Wubbena ; (5) calcul des équations normales. Les délais de propagation induits par la

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-troposphère ont été estimés à partir d’observations réalisées toutes les 2 heures. Les solutions ont été transformées dans le système ITRF 2005 (Altamimi et al., 2007)en utilisant le paramètre Helmert. Les coordonnées ont ensuite été estimées en utilisant le logiciel Bernese 5.0 dans le système de référence ITRF2005.

1.2.1.2. Station totale ou théodolite

Sur le terrain, nous avons aussi utilisé le théodolite pour pointer avec précision les plans de faille ou autres surfaces. Cet instrument détermine la direction d’une cible en mesurant les angles entre le plan horizontal et le plan vertical ainsi que les distances. Par trigonométrie, on calcule ainsi la position des différents objets pointés par rapport à la base. Ces positions relatives peuvent être repositionnées dans un référentiel connu en plaçant précisément la base, par positionnement à l’aide du GPS par exemple. Les mesures réalisées avec le théodolite n’ont pas été intégrées dans la construction des MNT, mais ont été utilisées pour décomposer le mouvement sur les failles actives (voir chapitre 2.3 sur le Riasi Thrust).

1.2.1.3. Distancemètre laser

Il s’agit d’un appareil qui envoie un faisceau laser sur un réflecteur (surface de terrasse par exemple) et mesure le temps de parcours du faisceau et calcule ainsi la distance entre le distancemètre et le réflecteur. Un clinomètre intégré dans l’appareil permet de calculer les hauteurs relatives.

1.2.2. Les images satellites

L’étude de la nature des formations et de leurs caractéristiques morphologiques nécessite l’utilisation d’images satellites qui apportent une résolution une précision nécessaire afin d’identifier les grandes unités et repérer les zones difficiles d’accès sur le terrain.

Dans le cadre de notre étude nous avons utilisé les images SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre). Nous avons choisi les images multi-spectrales avec une résolution de 2.5 m, orthorectifiées pour pouvoir les intégrer dans un Système d’Information Géographique (SIG). Ces images satellites couvrent une surface de 60 km de long par 60 à 80 km de large (suivant l’angle de la visée du satellite).

1.2.3. Les modèles numériques de terrain

Les modèles numériques de terrain sont essentiels : ils permettent d’illustrer sur une image à deux-dimensions un positionnement en 3-deux-dimensions. Nous avons utilisé deux types de modèles numériques de terrain (MNT) au cours de cette étude :

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-Le modèle numérique de terrain ASTER GDEM (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer - Global Digital Elevation Model) mis à disposition par la NASA (USA) et le METI (Japon) d’une précision de 30 m qui couvre la surface totale de la Terre. Le modèle numérique de terrain établi grâce aux données de GPS cinématique (voir paragraphe

GPS cinématique) sur le terrain. La résolution de ces MNT dépend avant tout des trajets suivis par les porteurs du GPS mobile, de la densité des trajets sur les formations, et de la qualité de la couverture satellite au moment de l’enregistrement. De plus, la présence d’une végétation dense entraîne une perturbation du signal enregistré par le récepteur mobile qui diminue d’autant la qualité du signal et donc la précision des mesures. Les MNT ont une résolution très variable qui dépend essentiellement des trajets suivis par le porteur du GPS mobile.

Les données des MNT (ASTER GDEM et réalisé par GPS cinématique) peuvent être ensuite compilées dans un SIG pour construire finalement un MNT total large avec des zones très précises.

1.3. Les marqueurs morphologiques utilisés en