Les m´ ethodes g´ eod´ esiques

Les outils g´eod´esiques mesurent la morphologie terrestre et sont tr`es probablement les premiers `a avoir ´et´e employ´es pour l’´etude des glissements de terrain. Ils per-mettent tout d’abord de d´elimiter leur extension sur un fond de plan topographique. De nombreuses techniques, au sol ou a´eroport´ees, offrent la possibilit´e de d´efinir de fa¸con tr`es d´etaill´ee et pr´ecise la morphologie d’un glissement. De plus, la r´ep´etition de ces mesures dans le temps permet ´eventuellement d’acc´eder `a la cin´ematique de ces ph´enom`enes. Une synth`ese bibliographique de l’application des techniques g´eod´esiques `a l’analyse des mouvements de terrain a ´et´e r´ealis´ee r´ecemment par Delacourt et al. (2007).

Cartographie et suivi topographique par tach´eom`etre et GPS

La cartographie au sol des figures morphologiques li´ees au glissement (limites, fissures, escarpements, contre-pentes, etc.) peut s’effectuer au moyen d’appareils op-tiques (th´eodolite, tach´eom`etre) ou bien par GPS (Global Positioning System). Ces syst`emes offrent des pr´ecisions de l’ordre du centim`etre et des r´esolutions qui varient en fonction des besoins et du nombre de points de mesures sur la surface consid´er´ee. Les appareils optiques fonctionnent par mesure d’angles (et ´eventuellement de dis-tance dans le cas des tach´eom`etres) entre une source dont la position est connue et une cible optique. L’application de ces techniques est donc limit´ee `a des sites d´egag´es, sans bˆati ni v´eg´etation. Dans le cas o`u le nombre de satellites re¸cus est suffisant (au moins 4), les techniques GPS sont particuli`erement adapt´ees `a la car-tographie de glissements de terrain dans des sites complexes au relief marqu´e (Malet et al., 2002). La pr´ecision d´epend du nombre de satellites re¸cus, du temps d’observa-tion ainsi que des condid’observa-tions m´et´eorologiques. Ces param`etres doivent ˆetre adapt´es `

a chaque campagne en fonction des objectifs recherch´es.

La mise en place de rep`eres g´eod´esiques permanents permet la surveillance des d´eplacements en surface au moyen de relev´es p´eriodiques par th´eodolite et/ou GPS (Gili et al., 2000; Malet et al., 2002; Coe et al., 2003; Corsini et al., 2005). Les rep`eres doivent ˆetre ancr´es dans le sol de fa¸con `a refl´eter les d´eplacements d’un vo-lume de terrain repr´esentatif. Les donn´ees recueillies restent toutefois ponctuelles et sont g´en´eralement de faible r´esolution temporelle. La p´eriodicit´e des campagnes et le nombre de points de mesures doit ˆetre adapt´e `a la taille et aux vitesses de d´eplacements de l’objet ´etudi´e. Dans le cas de sites `a forts enjeux, il est possible de mettre en place plusieurs cibles suivies par un appareil optique automatis´e (Du-ranthon and Effendiantz, 2004). La mise en place de stations GPS permanentes permet de suivre en continu la position d’un rep`ere ponctuel. Ces stations restant coˆuteuses, le choix de l’emplacement est crucial. De plus, ce genre d’instrumenta-tion peut ´eventuellement ˆetre soumis `a des d´egradations et n´ecessite de nombreuses pr´ecautions de mise en place sur le terrain.

G´en´eration de MNT

La digitalisation des photographies a´eriennes et la r´ealisation des cartes topogra-phiques par photogramm´etrie permet d’obtenir des Mod`eles Num´eriques de Ter-rain (MNT) qui fournissent un nuage de points tridimensionnel (x,y,z). L’acc`es `a la troisi`eme dimension fournit, outre l’obtention d’une carte 3D, l’analyse des pentes en terme d’inclinaison et de direction, par exemple, et permet de localiser les prin-cipales figures g´eomorphologiques telles que fractures, escarpements, contre-pentes (Delacourt et al., 2007). Lorsque les d´eplacements sont sup´erieurs `a la pr´ecision de la technique, la comparaison de MNT r´ealis´es `a diff´erentes p´eriodes fournit une quantification des mouvements. De cette fa¸con, Baldi et al. (2008) ont d´etermin´e la cin´ematique d’un mouvement de terrain de 1.4 km² dans les Apennins entre 1975 et 2004. `A partir de photographies a´eriennes d’´echelle 1:13 000 et de stations GPS permanentes au sol, ils ont pu reconstruire des MNT avec une pr´ecision comprise entre 13 et 36 cm. De la mˆeme mani`ere, Dewitte et al. (2008) ont ´etabli des MNT de maille 2 m (pr´ecision entre 45 et 65 cm) `a partir de photographies a´eriennes d’´echelle 1:18 500 `a 1:25 000 prises entre 1952 et 1996. Cette approche leur a permis de suivre

la cin´ematique du mouvement et de mettre en ´evidence une composante rotation-nelle des structures ´etudi´ees. La solution de reconstruction `a partir de photographies a´eriennes apparaˆıt comme un outil tr`es int´eressant puisqu’il permet d’obtenir des MNT `a partir de documents anciens. Toutefois, les pr´ecisions spatiales obtenues de-meurent faibles (quelques dizaines de cm au mieux) et ne permettent pas le suivi de mouvements lents. De plus, la r´esolution temporelle est ´egalement faible puisque, en France par exemple, les campagnes de photographies a´eriennes sont espac´ees de 5 ans. Pour les p´eriodes actuelles, une solution pour surmonter ce probl`eme consiste `

a r´ealiser les photographies `a l’aide d’un drone ou d’un h´elicopt`ere t´el´ecommand´e volant `a faible altitude (Delacourt et al., 2007).

Imagerie satellitaire

Depuis quelques ann´ees, les techniques interf´erom´etriques permettent d’obtenir des MNT `a l’aide un radar `a synth`ese d’ouverture (RSO ; en anglais SAR, pour Syn-thetic Aperture Radar) `a partir d’images satellites prises avec un capteur l´eg`erement d´eplac´e entre deux acquisitions ou bien avec deux capteurs diff´erents pendant une mˆeme phase d’acquisition (Delacourt et al., 2007). Ces techniques fournissent des images avec une pr´ecision de l’ordre du centim`etre (Fruneau et al., 1996; Rott et al., 1999; Kimura and Yamaguchi, 2000; Squarzoni et al., 2003; Strozzi et al., 2005) et une r´esolution d´ecam´etrique. Le suivi des d´eplacements consiste `a comparer les diff´erences de phase d’images obtenues `a des dates diff´erentes et d’obtenir un in-terf´erogramme diff´erentiel. Toutefois, le principe de la mesure (inclinaison des rais radar) la rend sensible aux fortes topographies et parfois inop´erante en zone mon-tagneuse (Delacourt et al., 2007). De plus, dans le cas de suivi temporel, le chan-gement d’´etat du sol (par exemple, la v´eg´etation) entraˆıne des d´ecorr´elations qui masquent le signal recherch´e. Finalement, les variations troposph´eriques entre deux mesures peuvent g´en´erer des rotations des phases des signaux visibles sur les in-terf´erogrammes. Toutefois, quand les conditions favorables sont r´eunies, la r´esolution obtenue permet de quantifier la cin´ematique de mouvements lents. Par exemple, (Rott et al., 1999) ont mis en ´evidence des vitesses moyennes de d´eplacement de l’ordre de quelques mm `a quelques cm / an pour un glissement localis´e dans les Alpes autrichiennes.

LiDAR et TLS

Tr`es r´ecemment ont ´et´e d´evelopp´ees les techniques LiDAR (Light Detection And Ranging ; Glenn et al., 2006; Schulz, 2007; Van den Eeckhaut et al., 2007) a´eroport´ees ou au sol et TLS (Terrestrial Laser Scanning ; Rosser et al., 2005; Jaboyedoff et al., 2009), fond´ees sur la mesure du temps de trajet d’un faisceau laser entre une source dont la position est connue et une cible naturelle r´efl´echissante. L’acquisition d’un nuage de points de haute densit´e (jusqu’`a plusieurs points par m2) ainsi que des traitements a posteriori qui permettent, notamment, d’enlever les r´eflexions dues `a la v´eg´etation et au bˆati, fournit un MNT (mod`ele num´erique de terrain) `a haute r´esolution. L’avantage de ces techniques est le temps d’acquisition relativement court qui permet de r´eagir rapidement dans le cas de situations d’urgences. Toutefois, la qualit´e des donn´ees d´epend en partie de la r´eflectivit´e des cibles (Jaboyedoff et al., 2009). Les objets qui r´efl´echissent peu les ondes ´emises n´ecessitent de diminuer la dis-tance avec la source et contribuent `a augmenter le temps d’acquisition et, dans le cas

b) ^c)

d)

e)

Figure 1.15– Cartes des d´eplacements de surface de 4 glissements du Sud-Est de la France par images satellites SPOT (Delacourt et al., 2007).a)Localisation des glissements.b),d)et

e) Glissements de La Valette, Poche et Super-Sauze, respectivement, nettement visibles. c)

de campagnes a´eroport´ees, `a augmenter son coˆut. Finalement, les donn´ees doivent ˆetre recoup´ees en utilisant diff´erents points de source, afin de couvrir compl`etement la cible et d’´eviter les zones d’ombre (i.e. non visibles par la source ; Deparis et al., 2008). Dans le cas de zones difficiles d’acc`es, il n’est pas toujours possible d’obtenir une couverture compl`ete de l’objet d’´etude.

Van den Eeckhaut et al. (2007) ont appliqu´e cette technique pour cartographier des glissements de terrain affectant une surface de 125 km2en Belgique. La figure 1.16 pr´esente la comparaison entre le MNT r´ealis´e par digitalisation d’une carte topogra-phique `a l’´echelle 1:10 000 et celui obtenu par mesures LiDAR sur deux glissements rotationnels contigus en Belgique. Le MNT LiDAR (maille carr´ee de 5 m) pr´esente une meilleure r´esolution que la digitalisation de la carte topographique (maille carr´ee de 20 m) et permet de distinguer les structures internes des glissements, telles que les escarpements et les contre-pentes. La comparaison de MNT pris `a diff´erents mo-ments fournit les zones d’ablation et d’accumulation de mat´eriel. Cette approche sur les glissements de terrain argileux est r´ecente (Corsini et al., 2007; Travelletti et al., 2008; Baldo et al., 2009). Jaboyedoff et al. (2009) ont utilis´e, sur un glissement de terrain rotationnel en Suisse, des MNT espac´es d’un mois pour imager l’´evolution de la topographie en fonction du temps (Fig. 1.17). Les variations de topographie obtenues au sein du glissement (Fig. 1.17a) ont mis en ´evidence la composante prin-cipalement rotationnelle du glissement (Fig. 1.17b).

400 m

a) b) c)

Figure 1.16 – Cartographie d’un glissement de terrain sous couvert forestier par mesure LiDAR (Van den Eeckhaut et al., 2007).a) MNT construit `a partir de la digitalisation d’une carte topographique `a 1:10 000. b) Carte du mˆeme secteur construite `a partir de mesures LiDAR. c) Interpr´etation de la carte de b) et d´elimitation de deux glissements de terrain rotationnels (ligne blanche).

a)

b)

Figure 1.17 – Variations topographiques sur un glissement rotationnel au bord de la rivi`ere Sorge (r´egion de Lausanne, Suisse ; Jaboyedoff et al., 2009).a)Carte des variations de topo-graphie entre deux campagnes TLS espac´ees d’un mois. b) Coupe topographique en travers du glissement indiquant la composante rotationnelle un mouvement (localisation de la coupe sur la figure 1.17a).