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10 juin 2016

Suivi morphodynamique d’une annexe hydraulique rhénane restaurée par

combinaison de méthodes d’imagerie terrestres

Journée Technique

Avancées, apports et perspectives de la télédétection

pour la caractérisation physique des corridors fluviaux

Mathieu KOEHL David ESCHBACH, Pierre GRUSSENMEYER, Samuel GUILLEMIN, Etienne SUPPER, Julie ROY, Laurent SCHMITT

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Contexte

• L’île du Rohrschollen • Le projet de restauration : Enjeux - Objectifs • Le suivi scientifique : Enjeux - Objectifs

Méthodes d’imageries terrestres • Lasergrammétrie • Photogrammétrie

Résultats

• Exemple d’évolution • Budget sédimentaire

Sommaire

Titre journée - Arial - corps 14 3 1949

1828

1838

1872

L’île du Rohrschollen Évolution historique

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Projet : LIFE +

Gestionnaire : Ville de

Strasbourg

Objectifs : Restaurer la dynamique des habitats alluviaux en réalimentant l’anastomose du Bauerngrundwasser par un ouvrage hydraulique et un nouveau chenal de connexion amont. Recréer des submersions écologiques dynamiques avec des débits pouvant atteindre 80 m3/s).

Le projet de restauration

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• Comparaison pré- et post-restauration • Évaluer les effets des submersions dynamiques :

- variations hydrauliques et hydrogéologiques - évolutions morphodynamiques - évolutions écologiques

• Évaluer l’efficacité et la durabilité de la restauration • Proposer des indicateurs pour un suivi à moyen/long terme

Objectifs Le suivi scientifique

Paramètres de suivi

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Collaboration LIVE – INSA • Suivre les évolutions latérales et verticales à l’échelle de manière fine sur 3 tronçons

morphologiquement actifs • Estimer précisément les volumes de sédiments déplacés entre chaque crue (budgets

sédimentaires à différentes échelles spatiales)

Objectifs

Le suivi par imageries terrestres et topographie

Objectifs et méthodes mises en œuvre

Méthodes Lasergrammétrie Photogrammétrie [Tachéométrie]

Objectifs spécifiques Modélisation 3D de la morphologie initiale (pré-crue)

Modélisation 3D diachronique (post-crues)

Compléter les deux premières méthodes par des levés topographiques et bathymétriques

Avantages Précision (1 cm) Modèle de référence

Précision (4-6 cm) Acquisition rapide

Levés complets du chenal

Inconvénients Pas d’information bathymétrique Acquisition par spécialistes

Pas d’information bathymétrique Acquisition simplifiée

Résolution (par profils)

Échelles 3 tronçons 3 tronçons Chenal entier

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Lasergrammétrie

Instrument : Scanner terrestre FARO Focus 3D X360

Géoréférencement : sphères positionnées par GPS /

tachéométrie

Acquisition : • Une station tous les 30 m • 10 stations par tronçon • XYZ • Résolution : 0.5 cm à 10 m • 360°en 30 min. (avec images) • 70 millions de points / station

Traitement : • Géoréférencement des nuages • Consolidation • Segmentation et suppression de

la végétation

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Photogrammétrie

Mise en place : • Utilisation de cibles codées • Géoréférencement des cibles (tachéom.)

Campagnes de photogrammétrie : • Appareil Canon EOS 5D 22 Mpix • Prises de vue perpendiculaires aux berges + convergentes • Recouvrement > 60%

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Traitement

Photogrammétrie et lasergrammétrie

N

Tronçon B, juillet 2014

Génération de nuages de points : • Agisoft Photoscan • Traitements chronophages

• Traitements des nuages brutes « photo » et « laser »

• Nettoyage : végétation, embâcles, bruit

Amélioration de la technique de levé : • Espacement des prises de vue • Densité de cibles pour reconnaissance automatique

(tronçon C)

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Février 2014 Mars 2015

2 levés complets du chenal • fév. 2014 et mars 2015 • 1 profil tous les 20 m

Information bathymétrique

Tachéométrie Comparaison diachronique

Tronçon 2

Tronçon 1

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Chaîne de traitement : (comparaison nuage-nuage) • Création d’une grille à l’intersection des 2 nuages • Détermination des ΔZ entre les deux nuages pour

chaque carré de la grille • Calcul du volume élémentaire pour chaque carré

de la grille • Somme des volumes élémentaires

Budget sédimentaire Script MatLab

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9/6/15 19/6/15

60 m3/s

(48h)

60 m3/s

10/2/13

Tests

35/75/65 m3/s

(~ 3 x 1h)

Exemple

Évolution morphologique

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Élargissement du chenal

(jusqu’à 4 m / berges)

Largeur initiale

4,5 m

19/6/15

10/2/13

Exemple

Importante évolution latérale

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Dépôt (+) Érosion (-) 0 m3 - 50 m3

22 23 24 25 26 27

22 23 24 25 26 27 22 23 24 25 26 27

Rive concave

Résultat

Évolution du tronçon B

fév. 2014 juil. 2014

juil. 2014 fév. 2015

fév. 2015 juin 2015

35 m3/s 1h

75 m3/s 1h

65 m3/s 48h

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35

34

36 37

Tron

çon

A

Tron

çon

B

Tron

çon

C

Distance à l’extrémité aval du tronçon protégé du chenal artificiel (m)

Volu

me

cum

ulé

de s

édim

ents

é

rodé

s et

dép

osés

(m3 )

Tronçon C

fév. 2014 – mars 2015

Tronçon A

7 8 9

10

11

Résultat

Comparaison globale

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Sections élémentaires

Éros

ion

(-) /

Dépô

t (+)

(m

3 )

0 m3

- 150 m3

-50 m3

Tronçon A

Résultat

Comparaison par type de berge

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Intérêt pour le topographe : • Adaptation de méthodes connues dans le milieu complexe des forêts alluviales, en combinant différentes

méthodes • Mise en place et amélioration du protocole de levé : photogrammétrie terrestre améliorée à partir de

tests lasergrammétriques • Traitement et exploitation des données :

o génération de modèles 3D o répétabilité des processus

• Transfert de technologie

Intérêt pour les suivis hydromorphologiques : • Analyser les évolutions morphologiques à différentes échelles spatiales (transects – tronçons – chenal

entier) et temporelles (une ou plusieurs crues) • Quantifier l’intensité des processus d’érosion et de dépôt (budgets sédimentaires) • Déterminer le type d’évolution morphologique : latérale et/ou verticale • Coupler les résultats avec d’autres jeux de données : hydrologie/hydraulique, transport solide, thermie de

l’eau, hydrogéologie, hydro-écologie…

Perspectives : • Nouvelles méthodes :

o IR thermique couplé à une modélisation des échanges nappe-rivière o Lidar bathymétrique

• Nouveaux vecteurs o Drone o Canne

Conclusion et perspectives

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http://www.rn-rohrschollen.strasbourg.eu/

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