Etablissement de l‟aire et de la direction de vol

4.2.3 Echelle et hauteur du vol ... 78 4.2.4 Choix de la base et du recouvrement longitudinal ... 78 4.2.5 Recouvrement longitudinal, latéraux et nombre de photographies ... 80

4.3 STEREOPREPARATION ET MESURE DES POINTS DE CONTROLE ... 81

4.3.1 Système de coordonnées planimétriques et altimétriques ... 81 4.3.2 Stéréopréparation des clichés préexistants (1956 – 1963 – 1975 – 1983 – 1997) ... 82 4.3.3 Stéréopréparation avant le vol photogrammétrique ... 86

4.4 AEROTRIANGULATION ... 87

4.4.1 Orientation Interne ... 89 4.4.2 Orientation externe ... 91 4.4.3 Aérotriangulation et validation de nos photographies ... 96

4.5 RESTITUTION PHOTOGRAMMETRIQUE ... 102

4.5.1 Validation des restitutions glaciaires à partir de profils transversaux ... 104

4.6 CONSTRUCTION DES MNTs... 105 4.7 LA METHODE CARTOGRAPHIQUE OU VOLUMETRIQUE ... 107 4.8 L’ESTIMATION DE L’ERREUR SUR NOS VARIATIONS DE VOLUME PAR LA METHODE DE THIBERT et al. (2008) ... 108

4.8.1 Les hypothèses sur la densité de la neige ... 111

4.9 CONCLUSIONS DU CHAPITRE ... 112

Ce chapitre présente la photogrammétrie aérienne, les étapes générales que nous avons suivies jusqu‟à la détermination du bilan de masse glaciaire. Ce chapitre a été divisé en huit sous-parties après une brève revue historique sur le développement de

72 la photogrammétrie aérienne. Dans un premier temps, nous décrivons les diverses étapes de la préparation d‟un vol photogrammétrique, et plus particulièrement les caractéristiques de la préparation du vol photogrammétrique de 2006 relative à la région étudiée (partie 2). L‟étape suivante concerne la mesure des points de contrôle, dit stéréopréparation photogrammétrique. La quatrième partie est relative aux redressements géométriques, c‟est-à-dire l‟aérotriangulation. Dans une cinquième partie, nous décrirons la restitution photogrammétrique proprement dite, c‟est-à-dire la mesure des coordonnées du terrain dans les trois dimensions (3D). Nous discuterons du choix des algorithmes d‟interpolation. La méthode cartographique d‟estimation du bilan de masse glaciaire sera décrite dans une sixième partie. L‟avant dernière partie du chapitre est consacrée aux calculs d‟erreur

globaux obtenus sur les glaciers restitués à partir de la méthode de [Thibert et al.,

2008]. Ce chapitre conclut sur l‟avenir de la photogrammétrie aérienne numérique, et

les possibilités du scanner laser aéroporté pour une application glaciologique.

4.1 DEFINITION ET BREVE HISTORIQUE DU DEVELOPPEMENT

DE LA PHOTOGRAMMETRIE

La photogrammétrie permet la reconstitution des coordonnées tridimensionnelle des

objets de manière indirecte (sans toucher les objets) ; aujourd‟hui cette technique de

mesure est aussi connue sous le nom de télédétection [Kraus et Waldhausl, 1998].

Les produits finis issus de la photogrammétrie sont :

des fichiers de coordonnées (nuage de points en 3D)

des représentations graphiques (cartes topographiques ou plans

architecturaux)

des images redressées (orthophotos, orthophotocartes)

L‟un des fondateurs de la photogrammétrie est le colonel français Aimé Laussedat

(1819 – 1904), en 1859, suite à une présentation face à l‟Académie de Sciences à

Paris [Kraus et Waldhausl, 1998]. Suite à cette découverte (photogrammétrie à table

plane), d‟autres techniques photogrammétriques ont vu le jour au cours de 100 dernières années : la photogrammétrie analogique, suivi par la photogrammétrie analytique et aujourd‟hui par la photogrammétrie digitale ou numérique. La photogrammétrie analogique (instrumentation optique/mécanique, et début de la

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vision stéréoscopique) a débuté vers 1901 grâce à C. Pulfrich et l‟invention du

premier stéréocomparateur, et à E. von Orel et l‟invention du premier stéréoautographe en 1909. Les résultats de ces inventions sont les cartes topographiques issues de couples photographiques aériens. Ainsi, le premier vol

aérophotogrammétrique a été effectué en 1923 [Finsterwalder, 1954]. Les années

1970 marquent la fin de la photogrammétrie analogique et le début de la photogrammétrie analytique, avec l‟apparition des calculateurs électroniques. De nouvelles technologies permettent de remplacer des composants mécaniques-optique/mécaniques par des composants électroniques. Ces nouvelles machines sont hybrides entre les instruments analogiques et numériques. Apparaissent alors les cartes digitales et des MNTs (Modèle Numérique de Terrain). Le début de la photogrammétrie digitale date des années 1990 grâce au large développement de l‟informatique. La photogrammétrie digitale utilise des images numériques qui sont

traitées par un ordinateur. Aujourd‟hui, une grande partie des tâches traditionnelles

en photogrammétrie analytique ont été complètement automatisées, du pointage des marques fiduciaires lors de l‟orientation interne jusqu‟à l‟extraction automatique des

MNTs grâce aux algorithmes de stéréocorrélation. Tous les travaux

photogrammétriques de cette thèse ont été réalisés avec un système photogrammétrique numérique.

4.1.1 Photographies argentiques, images argentiques numérisées et images digitales

Actuellement, des clichés numériques peuvent être obtenus soit par une acquisition à partir d‟une caméra digitale (matricielle ou à barrettes), soit par la numérisation des photographies préexistantes. Cependant la deuxième opération dite de numérisation de films argentiques est une opération délicate en raison de possibles dégradations

(poussières, défauts d‟étalonnage) de l‟image lors d‟une telle opération [Kasser et

Egels, 2001]. Le premier critère de choix qui concerne l‟acquisition des images est l‟aspect géométrique des prises de vue. Les images acquises avec le système à barrettes (perspective cylindro-conique) présentent une définition moins rigoureuse (erreurs résiduelles de quelques pixels) que les images acquises avec un système matriciel (perspective conique). Le système matriciel est même plus précis (erreurs résiduelles de 0.1 pixels) que les photographies argentiques (déformations anisotropes lors des traitements du développement et séchage du film) ou les images argentiques numérisées (les déformation habituelles d‟un film argentique

74

plus la dégradation de l‟image lors du processus de numérisation) [Kasser et Egels,

2001]. Le deuxième critère est la résolution radiométrique. En effet, les capteurs à barrettes (ex. ADS40 de LH Systems) sont très performants au niveau de la résolution spectrale, car le spectre électromagnétique peut être séparé par un certain

nombre de barrettes parallèles (ou groupe de barrettes). Ainsi, pendant qu‟une

barrette est orientée vers le nadir, les autres barrettes peuvent s‟orienter soit en avant soit en arrière sous différents angles fixes par rapport à la verticale à diverses

longueurs d‟onde, selon les types de filtres utilisés [Kasser et Egels, 2001].

Cependant la dynamique de l‟image est limitée (faibles temps d‟exposition) en

comparaison des caméras matricielles [Kasser et Egels, 2001]. Les capteurs

matriciels ont besoin, pour la restitution de la couleur, soit d‟un ensemble de filtres

devant les pixels, soit de différentes matrices filtrées individuellement (équivalente

d‟un couplage de plusieurs cameras), [Kasser et Egels, 2001]. Ce système est, de ce

point de vue, moins efficace que les capteurs à barrettes pour lesquels différents bandes spectrales peuvent être mesurées avec une seule caméra. Cependant, la sensibilité de ces capteurs matriciels est large et peuvent supporter quelques

millisecondes d‟exposition (utiles pour des vols hivernaux ou crépusculaires) [Kasser

et Egels, 2001]. La sensibilité des négatifs photographiques argentiques dépendent essentiellement de la constitution (taille variable des cristaux) de son émulsion (à base d‟halogénures d‟argent). En photogrammétrie aérienne, des films panchromatiques et orthochromatiques ont été couramment utilisés, bien que des films infrarouges monochromes ou couleurs existent. En résumé, la qualité géométrique obtenue aujourd‟hui par des capteurs matricielles est supérieure à celle obtenue par des caméras photogrammétriques traditionnelles ; en outre, aujourd‟hui, on peut dire que la qualité radiométrique d‟une caméra digitale est comparable à celle d‟une caméra argentique.

Les clichés aériens dont on dispose pour la restitution des régions de l‟étude ont été prises avec des caméras traditionnelles et scannés à partir de films de diapositives (vols 1956, 1963, 1975, 1983 et 1997) et films négatifs originaux (vol 2006). Cette numérisation a été effectuée avec un scanner photogrammétrique à barrettes ULTRASCAN 5000 ® de Vexcel, à 14µm (16429x16429 pixels, 8 Bits) de résolution, par deux différentes compagnies photogrammétriques privées (Soluciones

Geoinformaticas – en Colombia et Geoinpro – en Bolivie). D‟après [Kasser et Egels,

75

pixels à une taille égal ou inférieure à 30µm) ainsi qu‟une grande amplitude

numérique entre 8 à 12 bits (seuls 6 bits sont nécessaires, à cause des perturbations lors du processus photographique). Après un étalonnage préalable des détecteurs, le principal problème de ces appareils est la possibilité de générer des artefacts périodiques due à la poussière dans le système mécanique de la machine, qui peut

entraîner des bandes parallèles sur les photographies numériques [Kasser et Egels,

2001]. Nos images, après numérisation et une vérification de ma part, sont

affranchies de tels artefacts. La précision géométrique fournie par le constructeur est de l‟ordre de ± 2µm. On peut donc considérer que ces photographies sont adaptées pour un processus photogrammétrique de très haute qualité.

4.2 PLAN DU VOL 2006

La préparation du vol photogrammétrique commandé par l‟IRD en 2006, a été élaborée en étroite collaboration avec le Mj. F. Montaño et le personnel militaire du Service National d‟Aérophotogrammétrie (SNA) en Bolivie.

Après le choix de la surface à survoler, la première étape consiste à choisir une précision planimétrique, adapté à notre étude. Cette précision détermine alors l‟échelle des photographies. Suivante l‟échelle et la distance principale de la caméra, nous pouvons calculer la hauteur du vol. La base et par conséquent le recouvrement longitudinal, sont à leur tour fixés par la précision altimétrique souhaitée et l‟échelle des photographies. Enfin, la dernière étape consiste à calculer la quantité des photographies par bande ainsi que le nombre de bandes pour une première évaluation économique.

La hauteur et la vitesse de l‟avion sont des paramètres essentiels lors du vol photogrammétrique, car elles doivent être aussi constantes que possible pour obtenir de bons résultats. Les conditions météorologiques sont bien sûr fondamentales (ciel

complètement dégagé de nuages). Le compromis entre l‟exécution du vol à la fin de

la saison sèche ou au milieu de la saison sèche est très délicat, car il existe un risque de chutes prématurées des précipitations solides sur les glaciers au cours de

cette période, ce qui risque de retarder d‟un an l‟exécution du vol aérien. Si le vol

avait été effectué à la même période de l‟année 2005, les photographies auraient eu une qualité exceptionnelle, similaire à celle des clichés 1983 (ligne de névé vers 5600m d‟altitude) (cf. Chapitre 3). Néanmoins, ce vol de 2006 est de très bonne

76 construit par Carl Zeiss, la RMK TOP 15 (grand-angle A3 Pleogon Lenses, aperture

maximale F/4, et technologie FMC⁴).

4.2.1 Etablissement de l’aire et de la direction de vol

Le premier choix d‟un vol photogrammétrique, est celui de la surface à survoler. A partir du plan de vol, des coûts économiques peuvent être établis. La planification d‟un vol photogrammétrique est généralement effectuée sur la base de surfaces rectangulaires avec une surestimation de quelques kilomètres sur les bords (assurant un recouvrement intégral de la cible à photographier).

Figure 4.1 : Surface de la région à survoler. (a) Aires initialement prévues : orientation N-S (rectangles noirs), orientation NW-SE (rectangles rouges). (b) Aire survolée, les points noirs correspondent aux points de contrôle.

Initialement nous avons sélectionné une aire assez vaste sur quatre régions (1. Negruni – Condoriri, 2. Huayna – Cumbre – Chacaltaya, 3. Hampaturi – Taquesi et 4. Mururata) (cf. Chapitre 3), ayant un intérêt en terme des ressources en eau pour les villes de La Paz et El Alto. Pour minimiser la surface effective à photographier, les

4

77 quatre régions ont été considérées comme des blocs indépendants. En plus, deux directions de vol ont été aussi choisies (N-S : rectangles noires, et NW-SE :

rectangles rouges) (FIGURE 4.1.A). A cause de l‟orientation NW-SE de la Cordillère

Royale et la position latérale des glaciers, la direction NW-SE offrait la surface la plus réduite par rapport aux glaciers à photographier (incidence économique : quantité de photographies, de numérisations et de points de contrôle). En plus, l‟effet des ombrées portes des massifs a été réduit en réalisant les vols photogrammétriques aux alentours de midi. A cause de difficultés budgétaires, le vol photogrammétrique a été reduit à la moitié de l‟aire initialement prévue (régions Negruni-Condoriri et

Huayna-Cumbre-Chacaltaya) avec une direction NW-SE (FIGURE 4.1.B). Enfin, le vol

photogrammétrique a coûté 14000 $US.