Application de deux méthodes de télédétection rapprochée à l'étude des escarpements rocheux instables : la photogrammétrie et la scannerisation laser

par Bruno Fricout

Thèse de doctorat en Géologie

Sous la direction de Thierry Villemin.

Soutenue en 2009

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    A l'heure actuelle, l'étude d'une falaise instable nécessite la mesure sur place, à l'aide d'une boussole clinomètre, de sa fracturation. Ce n'est pas sans inconvénient pour des raisons d'accessibilité et de dangerosité de la mesure. Pour étudier la morphologie de ces falaises sans recourir à ces mesures in-situ, il faut faire appel à des méthodes de télédétection. Deux méthodes semblent a priori particulièrement adaptées pour ce faire. La photogrammétrie permet de calculer la position XYZ d'un point à partir de la position de l'image de ce point sur deux photographies prisent depuis des points de vue différents. Cette technique éprouvée connait un nouvel essor avec les progrès des appareils numériques. La scannerisation laser, quant à elle, consiste à calculer la position d'un très grand nombre de points de la paroi en mesurant le temps de trajet aller-retour d'une impulsion laser. Ces deux méthodes connaissent des limitations différentes en terme de résolution, de précision, de temps d'acquisition sur site et de traitement a posteriori. La photogrammétrie et la scannerisation laser ont été utilisées sur quatre sites afin de tester l'efficacité de ces méthodes sur des cas concrets de falaise instable. Le site du Rocher du Midi (Vercors, 38, France) a été étudié à l'aide de deux scans laser réalisés depuis le sommet de la paroi instable, avec des points de vue très rasants sur fa zone d'étude, ainsi qu'au moyen d'une couverture photographique réalisée avec un appareil argentique grand format depuis un hélicoptère. Le Ravin de L'aiguille (Chartreuse, 38, France) a été étudié à partir de deux scannerisations laser réalisées en tête de paroi, l'une depuis un point de vue très rasant et l'autre depuis un point de vue presque frontal, permis par la géométrie très échancrée de la ligne de crête, ainsi qu'avec une couverture photographique réalisée avec un reflex numérique depuis un hélicoptère. Le Rocher de la Bourgeoise (Vercors, 38 France) a été étudié au moyen d'une scannerisation laser héliportée et d'une couverture photographique réalisée en même temps avec un appareil numérique. Les gorges de Paganin (06, France) ont été étudiées au moyen de trois scannerisations laser réalisées depuis le pied de la paroi. Pour pouvoir exploiter les données de scannerisation laser issues de ces quatre sites, le concept d'image solide, développé par le Politecnico de Turin, a été réimplanté dans le logiciel ImageJ afin de développer aisément des greffons pour chacune des mesures utiles à l'exploitation. La comparaison des résultats obtenus par cette méthode avec ceux obtenus par photogrammétrie et ceux issus des mesures directe sur site valide l'efficacité des deux méthodes de télédétection, avec cependant quelques réserves. Les méthodes de télédétection, et en particulier l'image solide, apportent une plus value notable par rapport aux mesures in-situ en terme de capacité de support aux mesures géophysiques complémentaires et de réalisation d'un modèle géométrique complet en prélude à une simulation de stabilité. Cependant des développements restent à faire, tant sur l'exploitation des scannerisations laser que sur l'utilisation de la photogrammétrie, pour permettre de tirer le meilleur parti possible de ces deux techniques.

  • Titre traduit

    Application of two methods of remote sensing to the study of unstable rock escarpments : photogrammetry and laser scanning


  • Résumé

    Today, studying an unstable cliff requires on-site fracture measurement by means of a clinometer compass. From accessibility and safety point of view, this method is far from perfect. Teledetection techniques provides an alternative for studying the cliffs morphology without such in-place measurements. Two methods seams beforehand particularly well suited. Photogrammetry on the one hand leads to the computation of the XYZ position of a point starting from its 2D position in two photographs taken from slightly different point of view. Numeric cameras have brought great improvements to this robust technique. Laser scanning on the other hand, consist in computing the position of a large number of points on the wall by measuring the time used by a laser impulse to reflect on the cliff. These two methods are subject two different limitations in terms of resolution, precision, on-site acquisition time and required computing power. Photogrammetry and laser scanning have been used on four sites to test their efficiency on real unstable cliffs. The Rocher du Midi zone (Vercors, 38, France), has been first studied with two laser scans acquired with a very grazing point of view from the top of the unstable wall. It has also been photographed with a large field silver camera from an helicopter. The Ravin de l'aiguille (Chartreuse, 38, France) has been studied through two laser scans realized ahead from the wall. The first one at grazing angle and the other one almost from a front point of view. These acquisitions were possible thanks to the crest line specific geometry. A photographic cover has also been realized from a numeric reflex on helicopter board. The Rocher de la bourgeoise (Vercors, 38, France), has been measured by means of a laser scanning on helicopter board and by mean of pictures taken at the same time from a numeric camera. The Gorges de Paganin (06, France) have been studied with three laser scan from the bottom of the cliff. To be able to use laser scan data from these four sites, the concept of solid image developed by the Turin Polotecnico has been reimplemented in the ImageJ software. Thus, add-ons have been easily developed for each measurement usefull for the ex-ploitation. Comparing the results obtained by this technique with those obtained with photogrammetry or direct on-site measurement have proved, with several restrictions, the efficiency of both teledection methods. Teledetection in general and the solid image concept in particular provide a noticeable added value compared to on-site measurements because they can be used as a support to complementary geophysic measurements or they can help the computation of a full geometric model preliminary tostability simulation. Despite these good results, improvements could still be obtained to exploit at bestthe laser scan and the photogrammetry techniques.

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  • Détails : 1 vol. (X-225 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 163-166

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