Suivi de la morphologie de surface

L’évolution de la morphologie au cours de chaque expérience a été suivie à l’aide d’un télémètre laser (SICK-DT500, Allemagne) et d’une technique photogrammétrique. L’acquisition des données est réalisée avant chaque modification du niveau d’eau : lorsque la barrière est à l’équilibre, le générateur de vagues est arrêté le temps d’effectuer les profils au télémètre et les photographies. Dans le cas des expériences sur les sédiments composés en partie de sable (B₅₀S₅₀ et B₂₅S₇₅), l’eau était trop trouble pour obtenir des données cohérentes. A chaque stade d’équilibre, le canal a donc été vidé lentement, évitant ainsi la déstabilisation de la surface, pour réaliser les mesures. Le canal a ensuite été rempli à nouveau pour poursuivre l’expérience.

a) Principe de fonctionnement de la télémétrie laser

Le télémètre projette un rayon laser vers le lit sédimentaire qui est réfléchi et renvoyé vers une bande de capteurs optiques sur le boitier du télémètre. L’incertitude de la mesure de distance (z) est de 3 mm. Le boitier est fixé sur une barre métallique (Norcan) perpen- diculaire aux parois du canal, elle-même montée sur un rail permettant le déplacement

Figure III.6. Principe de fonctionnement du télémètre laser. Un total de cinq profils a été effectué avec l’appareil, distants de 7 cm des parois et chacun séparé par 9 cm. Le télémètre se déplace le long d’un rail et connaît sa position en temps réel grâce à un code barre.

du système le long du canal. L’instrument est déplacé manuellement le long du rail et sa position est déterminée de façon précise (± 1 mm) grâce à la lecture optique d’un code- barres collé sur le rail. La fréquence d’échantillonnage du télémètre est de 4 Hz, imposant un déplacement du télémètre lent et régulier (4 m s−1 maximum) afin d’assurer une bonne densité et répartition des points de mesure. Un aller-retour est effectué pour doubler les mesures par sécurité. Afin d’obtenir la morphologie globale de la barrière modélisée à chaque stade, cinq profils longitudinaux, espacés de 9 cm, ont été réalisés en déplaçant le lecteur sur l’axe transversal : P1, P2, P3, P4 et P5 (Figure III.6). Environ 25 min sont né- cessaires pour effectuer un aller-retour. Un nombre de cinq profils a été choisi dans le but d’obtenir une représentation des morphologies sur toute la largeur du canal sans que la durée d’acquisition soit excessive. Dans le cas du sédiment B₁₀₀, les mesures télémétriques ont été effectuées en présence d’eau. L’indice de réfraction étant différent entre l’eau et l’air, les données récoltées ont été corrigées : la hauteur d’eau est calculée en soustrayant la distance mesurée par le télémètre par la hauteur entre l’émetteur et la surface libre. L’épaisseur de la colonne de l’eau a ensuite été corrigée en utilisant l’indice de réfraction de l’eau.

b) Principe de la photogrammétrie

La photogrammétrie est une méthode permettant la reconstitution d’un objet en trois dimensions à partir de différentes prises de vue. C’est une technique de plus en plus em- ployée en géosciences, notamment pour la reconstitution de volumes 3D sur le terrain (Westoby et al., 2012 ; Casella et al., 2014 ; Eltner et al., 2015 ; Long et al., 2016 ; Cook, 2017) mais son utilisation sur des modèles analogiques est encore anecdotique. La photogrammétrie est utilisée en complément du télémètre pour obtenir des vues en trois dimensions à chaque étape de variation du niveau d’eau. Un appareil photographique Nikon D700 est utilisé, doté d’un capteur plein format de 12 millions de pixels et d’une

III.3 Protocole expérimental

optique de longueur focale fixe de 55 mm. Il est utilisé pour effectuer des prises de vues au-dessus du modèle. Les clichés sont effectués manuellement le long du modèle, perpendi- culairement au sol, avec un taux de recouvrement entre deux photos successives supérieur à 50 % (Figure III.7). Le logiciel VisualSFM (Wu, 2013) a été utilisé pour analyser les photographies. Son interface graphique facilite sa prise en main, permettant l’obtention d’un nuage de points 3D à partir d’un set de photos. Le logiciel recherche tout d’abord les points-clés des photographies qui vont ensuite être comparés à l’ensemble des pho- tos. Si ces points se retrouvent sur plusieurs clichés, on parle de correspondances. Plus le nombre de correspondances est important entre deux photos, plus elles se ressemblent (le taux de recouvrement est plus important). Parfois, de fausses correspondances peuvent être trouvées s’il existe un motif récurrent sur les prises de vues, mais le logiciel corrige automatiquement ce type d’erreurs. Plusieurs clichés recouvrent en partie la même sur- face, mais ils n’ont pas été pris avec la même orientation. Une fois les correspondances établies, le logiciel peut calculer la matrice de transformations permettant de passer d’un cliché à un autre. Il crée ainsi des points 3D, mais seulement pour les points-clés dont les correspondances ont été établies. Pour obtenir un nuage de points plus dense, le module "Clustering Views for Multi-view Stereo" (CMVS - Furukawa et al., 2010) est utilisé. A chaque point est associé une couleur ce qui permet de conserver la texture de l’image et d’obtenir un rendu "photographique" en 3D. Cependant, certains nuages de points obtenus sont incomplets voire absents car les sets de photos utilisés ne permettent pas au logiciel d’obtenir assez de points de correspondance. Les nuages de points denses ont ensuite été nettoyés sur le logiciel CloudCompare v2.9.1 (EDF R&D, 2011). Des points de référence, situés sur les bords du canal, sont visibles sur les nuages de points ce qui permet de caler

chaque modèle sur le même référentiel. Connaissant les valeurs en x, y et z des points de référence, l’échelle est alors bien contrainte. CloudCompare permet également de traiter les différents nuages de points 3D denses dans le but de les comparer les uns aux autres. Le module "Multiscale Model to Model Cloud Comparison" (M3C2 - Lague et al., 2013) permet le calcul de distance entre deux nuages de points et crée un nuage final faisant apparaitre les différentiels de volume entre les deux modèles initiaux.

La technique de photogrammétrie a été testée pour la première fois dans le canal à houle. Certaines données sont incomplètes voire absentes, mais elles s’ajoutent et com- plètent celles provenant de la télémétrie.