Définition du débit seuil pour observer les barres sédimentaires de second ordre

Définition du débit seuil pour observer les barres sédimentaires de second ordre

La station hydrologique la plus proche du site d’étude se situe au niveau de Saumur (Banque Hydro). Les données fournies sont de 1948 à 2020 avec un pas de temps de 1 jour. Il a donc fallu dans un premier temps traiter ces données afin de sélectionner la bonne tranche temporelle ainsi que les débits qui sont intéressant pour l’étude. En effet, l’étude est réalisée entre 2017 et 2019 afin de pouvoir comparer les résultats obtenus avec l’étude réalisé par Alex Andréault sur l’utilisation du LiDAR topobathymétrique sur le fleuve Loire (Alex Andréault, 2019). De plus, l’étude des barres sédimentaires de second ordre par télédétection ne peut se faire que sur des débits à l’étiage assez faible. Le choix s’est porté sur des débits inférieurs à 350 m3 /s sur la Loire. Ce seuil a été établi à partir de l’expérience terrain de Jules Le Guern qui travaille actuellement sur le même site d’étude. A partir de cela, il a été possible de traiter les données avec un programme python (Annexe V) afin d’obtenir les jours entre 2017 et 2019 pour lesquels le débit est inférieur à 350 m3 /s .

Trouver un pas de temps intéressant pour observer les barres sédimentaires de second ordre

La résolution des ortho-photos fourni par la plateforme Planet est de 3m/pixel. Il faut donc un déplacement des fronts de barres d’au minimum 3 mètres pour voir une différence sur les images. Après une étude plus en détail des images fournies par la plateforme Planet, un pas de temps d’au minimum 15 jours entre chaque cliché semble pertinent pour l’étude des barres sédimentaires de second ordre. La formule utilisée pour calculer la vitesse de déplacement des barres sédimentaires prenant en compte la date des deux clichés utilisés, un écart supérieur à 15 jours entre les deux clichés n’est pas dérangeant.

Le choix des ortho-photos

Le choix des ortho-photos est très important car c’est la donnée qu’il va falloir exploiter. La plateforme Planet propose un panel permettant de filtrer les clichés en fonction de la résolution recherché, de l’ensoleillement, de la couverture nuageuse et de d’autres paramètres. Les trois premiers paramètres cités sont ceux qui nous intéressent. Le seuil maximal de la résolution des clichés était de 3m/pixel, la couverture nuageuse devait être inférieur à 10% du cliché et ne pas se situer sur la zone du cours d’eau.

Utilisation de la SIG pour suivre les fronts

Dans un premier temps, il a fallu récupérer les différentes ortho-photos utiles à l’étude. Cela s’est fait directement sur le site Planet. Mais il y a eu une limitation du nombre d’images pouvant être téléchargées. Il a donc fallu trouver une solution pour pouvoir continuer le travail. Heureusement, Planet propose une extension sur le logiciel de cartographie QGIS permettant d’importer et de travailler directement sur les ortho-photos dans le logiciel. A partir de ces images, il a fallu mettre en place une méthode manuelle pour pouvoir les traiter par QGIS. Méthode :
1) Sélectionner une barre de second ordre bien visible dans le site d’étude
2) Définir si le déplacement de la barre est transversal ou longitudinal
3) Délimitation du front de la barre pour chaque date. Du fait de la résolution proposée par la plateforme Planet qui est de 3 mètres par pixel, le choix a été de définir comme front de barre, la zone où les pixels s’assombrissaient, qui correspond à la zone d’avancement de la barre
4) Mesure de la longueur du front de barre
5) Mesure de l’air entre le front de barre à temps j par rapport au front de barre à un temps j-1 .

Traitement des données LiDAR 

Lors de la réalisation de son projet de fin d’étude, Alex Andréault a obtenu des modèles numériques de terrain pour le relevé LiDAR du 18/10/2017 et le relevé du 29/05/2019. Les MNT de ces relevés laser possède une précision plus grande (1 mètre par pixel) que la précision fournie les ortho-photos avec une résolution de 3 mètres par pixel. L’idée est de pouvoir comparer le résultat de la méthode proposée par Strick entre des données de photographie et des données LiDAR afin de vérifier si l’utilisation de la télédétection est possible pour étudier les dynamiques de la Loire. La méthode appliquée sera donc la même que pour les ortho-photos.

Résultats

Contexte Hydrologique 

Les contextes hydrologiques des années 2017, 2018 et 2019 sur le site d’étude sont très contrasté (Figure 4). L’année 2017 est une année assez sèche. En effet, le débit moyen annuel de 2017 est de 358 m3/s. Le débit de 2017 est dans l’ensemble inférieur au débit moyen sur 20 ans sauf en début mars où un pic (1760 m3/s) de débit est observable. Le débit de l’année 2018, après l’année sèche de 2017, est supérieur au débit moyen sur les 20 dernières années (622 m3/s) avec un débit de 721 m3/s. C’est le mois de janvier qui a apporté le plus d’eau avec un débit moyen mensuel de 2111 m3/s et des crues à 3000 m3/s. Cependant la période d’étiage a été assez longue puisqu’elle s’est prolongée jusqu’à la fin du mois de novembre. L’année 2019 est beaucoup plus sèche, avec un débit moyen annuel de 405 m3/s. L’étiage est marqué par des débits très faible, inférieur à 130 m3/s. Des valeurs inférieures aux 100 m3/s (minimum à 80.3 m3 /s), qui n’avait pas été mesuré depuis 1991 (81.5 m3/s), ont même été mesuré pendant 6 jours, fin août – début septembre.

Résultat Ortho-Photo 

La formule de Strick faisant une différence de l’état d’avancement du front de la barre entre 2 dates distinctes, cela explique qu’à la première date de relevé pour chaque année, il n’y a pas de vitesses définies. Pour certaines barres sédimentaires de second ordre, la visibilité sur certaines photos ne permettant pas une bonne digitalisation du front de barre, il a été choisi de ne pas faire la digitalisation pour ces dates afin de ne pas avoir de résultats erronés.

Résultat MNT LiDAR 

Il n’y a eu que 2 relevés LiDAR sur la zone d’étude. Un premier le 18 octobre 2017 et un second le 29 mai 2019. Du fait d’avoir seulement 2 relevés, il ne peut y avoir qu’une vitesse de migration pour chaque barre sédimentaire de second ordre digitalisée.

Afin de savoir s’il y a un lien entre le débit et la vitesse de migration des barres sédimentaires de second ordre, un coefficient de corrélation a été calculé entre le débit et la moyenne des vitesses de migration de toutes les barres pour chaque jour où il y a eu un relevé. Le coefficient de corrélation s’applique sur une année entière. A partir de ces calculs, les corrélations suivantes sont obtenues :
– Il y a une corrélation de 0.79 entre le débit et la vitesse moyenne de migration des barres sédimentaires en 2017
– Il y a une corrélation de 0.98 entre le débit et la vitesse moyenne de migration des barres sédimentaires en 2018
– Il y a une corrélation de 0.77 entre le débit et la vitesse moyenne de migration des barres sédimentaires en 2019 .

Table des matières

Introduction
Contexte
La télédétection
Matériel et Méthode
Le site d’étude
Explication des mouvements sédimentaires
Démarche suivie
1) Définition du débit seuil pour observer les barres sédimentaires de second ordre
2) Trouver un pas de temps intéressant pour observer les barres sédimentaires de
second ordre
3) Le choix des ortho-photos
4) Utilisation de la SIG pour suivre les fronts
5) Obtention des résultats
Traitement des données LiDAR
Résultats
Contexte Hydrologique
Résultat Ortho-Photo
Résultat MNT LiDAR
Comparaison
Discussion
Résultat Ortho-photos
Résultat MNT LiDAR
Biais méthode
Conclusion
Annexes
Annexe I
Annexe II
Annexe III
Annexe IV
Annexe V
Annexe VI
Bibliographie
Sitographie

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