La stéréophotogrammétrie à courte distance

Les modèles réduits de bassin versant permettent de modéliser et de quantifier le phénomène d’érosion à une échelle et une précision de la surface du sol adéquat, sur la base de la similitude de processus analogues et de leur signification. Ils permettent donc de mieux maîtriser quelques facteurs de contrôle (comme la pluie ou le ruissellement, la pente et le type de sédiment altérés sans structure naturelle) pendant qu’on rend possible l’observation directe des phénomènes très dynamiques d’érosion à partir d’une série de photos stéréoscopiques prises à courte distance, donc à une très haute résolution spatiale (taille de pixel) et temporelle (fréquence d’acquisition d’images).

D’un point de vue photogrammétrie, les conditions contrôlées en laboratoire permettent aussi de bien connaître les paramètres d’orientation interne et externe des prises de vue souvent inconnues et « estimées » dans les applications à ciel ouvert.

Les études récentes cherchent à rapprocher la similitude et les échelles des bassins versants à travers une révision plus rigoureuse des paramètres tridimensionnels explicites, y compris

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les distributions de fréquence de la surface cumulative de drainage, le rapport surface-pente et l’hypsométrie (Brasington & Smart, 2003). L’indépendance de ces descripteurs aux effets d’échelle en conjonction avec la correspondance visuelle des réseaux de drainage naturels et expérimentaux est maintenant de plus en plus interprétée comme un signal de profonde similitude et de tendance vers l’auto organisation des processus de bassins versants (Rodriguez-Iturbe & Reinaldo, 1997).

Les références bibliographiques sur l’application de la stéréophotogrammétrie numérique sont beaucoup plus riches dans les travaux sous conditions contrôlés en laboratoire, même avec l’utilisation des appareils photos argentiques (Stojic et al., 1998 ; Hancock & Willgoose, 2001 ; Bransington & Smart, 2003). Les auteurs reportent que, malgré l’utilisation de techniques de stéréophotogrammétrie numérique, les erreurs dans le calcul des MNT sont toujours significatives vis à vis la précision cherchée dans ces applications. Des problèmes liés à la déformation de films et aux incertitudes dans le calcul de paramètres d’orientation interne sont cités.

Des essais avec des appareils photos numériques ont commencé dès qu’ils ont été disponibles dans le commerce (Lascelles et al., 2002 ; Chandler et al., 2005 ; Rieke-Zapp & Nearing, 2005). Les appareils photo ont été calibrés afin de calculer les paramètres d’orientation interne. Ils ont rencontré des problèmes avec le nombre et la distribution de points de contrôle terrestre dans la surface d’érosion, et avec les points de validation de qualité des MNT.

Des erreurs systématiques résiduelles étaient toujours présentes même après le calibrage, résultant des paramètres imprécis de la déformation radiale de lentilles. Même si le coefficient de corrélation et les évaluations de précision de la corrélation reflétaient une bonne correspondance entre les pixels des couples stéréoscopiques, il y a eu aussi des anomalies dans les MNT résultants. Le calibrage des appareils photos est essentiel dans la restitution précise des formes. Il est nécessaire que les méthodes de construction des MNT ainsi que les méthodes d’évaluation de qualité soient normalisées, pour ce type d’applications.

La taille et la précision de pixel des MNT résultant des applications à courte distance vont de 1 à 3 millimètres dans les applications de laboratoire citées ici. Cette technique satisfait les besoins spatiaux et temporels de l’échelle d’étude, mais des doutes existent toujours surtout dans les méthodes d’évaluation de qualité des MNT. Les avancées dans la restitution automatique du relief par stéréophotogrammétrie numérique et aussi la meilleure disponibilité d’appareils photos numériques « grand public » dans la dernière décennie, ont été traduites dans une amélioration significative de l’analyse morphométrique par différence des MNT. Même si ces applications sont effectuées pour l’étude de modèles de simulation de processus de bassins à échelle réduite, les aspects techniques de stéréophotogrammétrie utilisés sont parfaitement extrapolables aux applications à l’échelle de versants (griffures et rigoles d’érosion par ravinement).

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II.2.3 Le LiDAR

Plus récemment, l’utilisation des lever LiDAR aéroportés commence à produire des résultats intéressants dans la génération des MNT. Les applications sont diverses : caractérisation des zones affectées par mouvements de terrain (McKean & Roering, 2004 ; Glenn et al., 2006) ; extraction automatique du réseau de drainage des secteurs forestiers, et morphologie des ravines (Mouton, 2005 ; James et al., 2007).

Des erreurs systématiques dans l’information LiDAR originale ont été traitées avec l’aide de données de vérité terrain (plusieurs profils DGPS). La taille de pixel du MNT-LiDAR n’a pas eu un effet déterminant sur l’efficacité des algorithmes de flux, tandis qu’avec le MNT-stéréo on a obtenu les résultats moins précis. Les résultats montrent que les données topographiques détaillées et précises ont le potentiel pour identifier les zones de fracturation dans un mouvement de terrain, mais elles fournissent aussi une information additionnelle sur le type des matériaux et ses déplacements.

Le réseau de ravines produit par le nuage de points LiDAR est assez précis en planimétrie (erreur moyenne de quelques mètres) pour la plupart des applications en gestion des ressources naturelles et des applications hydrologiques, à l’échelle de travail.

La morphologie de ravines a été mal représentée par les données LiDAR due à une sous- estimation systématique des profondeurs de ravines et à une surestimation des largeurs de ces bords. Ces problèmes pourraient être associés au filtrage de données LiDAR afin d’enlever la végétation, à l’insuffisante densité de points pour représenter la morphologie de quelques ravines (rapport résolution R des données et taille de l’objet O étudié), ou bien à l’angle de visée du faisceau laser qui produit un effet d’ombre portée au fond de la ravine. Le levé par LiDAR aéroporté fournit une mesure directe du relief même à travers la végétation (dans certaines conditions de densité de la couverture végétale), avec une densité d’information beaucoup plus importante. Toutefois, les données LiDAR brutes ont besoin d’un filtrage afin d’enlever la végétation, ce qui peut produire des erreurs systématiques dans le MNT final. Un MNT-LiDAR peut mieux représenter la morphologie et l’emplacement de ravines qu’un MNT-stéréophotogrammétrie, néanmoins l’angle de visée du faisceau laser peut produire un effet d’ombre portée au fond de quelques ravines en fonction de sa morphologie.