Travaux de cartographie à l'embouchure du Rhône · Illustration de l’impact de la nature du sédiment superficiel sur la forme de la réponse impulsionnelle. La méthode CLASS

Rhone_Embouchure_CNRS

En haut : Conditions météorologiques sur zone - En bas : Visualisation de rides de sable sur la bathymétrie

Destinataire : CEREGE

Rédacteurs : FOUCHER Laëtitia - NOEL Claire

Document : N° B/12/020/LF du 25/04/12

S.A.R.L. au capital de 58 000 Euros - SIREN N°390 110 781 - SIRET N°390 110 781 000 31 - APE N°7490B 1142 chemin Saint Roch - Quartier La Baou - 83110 SANARY - Tel : 04 94 88 24 58 - Fax : 09 55 78 63 12e-mail : [email protected] http://semantic-ts.fr - 2 -

Travaux de cartographie à l'embouchure du Rhône

Rapport de Synthèse

Mission N°1 - Mars 2012


RAPPORT

Évolution du document

Version N° Date Référence Évolution

1 25/04/12 B/12/020/LF Document initial

Visa Contrôle Qualité Visa Contrôle Administratif

Nom : VIALA ChristopheFonction : Directeur techniqueDate : 25/04/2012Visa :

Nom : NOEL ClaireFonction : DirecteurDate : 25/04/2012Visa :

SOMMAIRE

I . Introduction ................................................................................................................................................... 4 II . Travaux réalisés ............................................................................................................................................ 5 III . Acquisition de données de bathycélérimétrie .............................................................................................. 6 IV . Données de bathymétrie .............................................................................................................................. 7 V . Données sonar latéral .................................................................................................................................. 11 VI . Données de la méthode CLASS (CLassification Acoustique des Sédiments Superficiels) ...................... 12 VII . Export des données au format Google Earth ............................................................................................ 14 VIII . Synthèse matériels et livrables ................................................................................................................ 15

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I . I NTRODUCTION

Introduction

SEMANTIC TS a déployé, début Mars 2012, son navire instrumenté dédié à la mesure des fonds marins pour la réalisation de travaux de cartographie dans l'embouchure du Rhône.

Les mesures ont été réalisées du 01/03/2012 au 02/03/2012 et du 13/03/2012 au 14/03/2012

Ce rapport présente les travaux de levés et de traitement des données, ainsi que les cartographies obtenues.

Objectifs

L’objectif général du projet du CEREGE est d'étudier le transport sédimentaire à l'aide de la bathymétrie et la nature des sédiments par l'utilisation des méthodes de détection acoustique pour la caractérisation des fonds.

L’objectif des présents travaux était d'établir dans la zone d’étude (figure 1):• la carte bathymétrique• la mosaïque sonar latéral• un relevé de données de classification acoustique

En haut : Zone à étudier (en noir) : à l'intérieur de laquelle la limitation de la zone prévue est située à l'isobathe 3 m (non connue initialement)

En bas : Zone de levé (en rouge)

Lors de cette mission, l’intégralité de la zone prévue a été mesurée au moyen du sondeur interférométrique multifaisceaux (fournissant la bathymétrie et la mosaïque sonar latéral) et du sondeur scientifique mono-faisceau (fournissant les données de classification acoustique).

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II . T RAVAUX RÉALISÉS

I .Moyens mis en œuvre

Les travaux d’acquisition de données consistent en un levé multi-capteurs simultané : Levé bathymétrique multifaisceaux + Levé au sonar latéral + classification acoustique des sédiments (méthode CLASS) .

SEMANTIC TS a utilisé son navire instrumenté dédié à la mesure des fonds marins, équipé des instruments suivants :

• Sondeur interférométrique Geoswath+ NG Bathymétrie multifaisceaux• Sonar latéral de coque Geoswath+ NG Imagerie acoustique• Sondeur monofaisceau Simrad ES60 Bathymétrie / biocénoses/ sédimentologie• Centrale d'attitude Coda Octopus FS185+ Positionnement et correction d'attitude• 2 D-GPS RTK Novatel centimétrique Positionnement et correction d'attitude• 2 D-GPS RTK Leica centimétrique Station de référence et topographie• Centrale de navigation Pilote automatique sur radiales pré-définies• Station d'acquisition Enregistrement des données• Réseau Internet et VPN haut débit Réception / transmission de données • Profileur de célérité Mini-SVS Valeport Acquisition des profils verticaux de célérité• Célérimétre de coque Mini-SVS Valeport Acquisition de la célérité en surface

Afin de limiter les coûts, tous les appareillages ont été opérés simultanément.

Le navire, inscrit au commerce, conduit par des marins professionnels, dispose de plus d’un système de pilotage automatique et d’une centrale de navigation asservie, capable de piloter automatiquement le navire au mètre près, sur des trajectoires ou profils prédéfinis.

II . Acquisition de données acoustiques multi-capteurs

Les appareillages suivants ont été mis en œuvre :• sondeur multifaisceaux et sonar latéral interféromètre GEOSWATH Nouvelle génération (NG), fixé

sous la coque du navire (250 kHz) : cet appareillage remplit simultanément les fonctions de sonar latéral fournissant l'imagerie acoustique et de bathymétrie multi-faisceaux fournissant la bathymétrie fine.

• sondeur monofaisceau Simrad ES60 grande précision (38 kHz et 200 kHz) (sondeur scientifique haut de gamme)

• de plus, la méthode CLASS mise au point par SEMANTIC TS sera mise en œuvre sur les signaux du sondeur mono-faisceau Simrad EQ60

• profileurs de célérité

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III . A CQUISITION DE DONNÉES DE BATHYCÉLÉRIMÉTRIE

A cause de la configuration de l'embouchure du Rhône (eau douce/eau salée, variation de température importante), le profil de célérité est extrêmement marqué » et variable. En conséquence, alors qu'habituellement (mesure classique en mer l'été) un célérimétre de coque et quelques mesures ponctuelles du profil vertical de célérité régulières suffisent, dans le cadre de l'embouchure du Rhône, non seulement il faut réaliser de nombreuses mesures mais il faut en déduire, puis gérer un modèle 3D de bathycélérimétrie.

Compte tenu des besoins de précision liés aux objectifs du CEREGE (par exemple : analyse des rides de sable dans la partie Nord de l'embouchure), nous avons réalisé un nombre important de profils de célérité.429 mesures du profil de célérité ont été enregistrées à l'aide de notre profileur qui a plongé régulièrement au cours des radiales. Nous avons ensuite utilisé pour le dépouillement des données de bathymétrie, la routine de gestion du modèle 3D de bathycélérimétrie que nous avons développée spécialement en septembre 2009, pour traiter les données de l'étang de Berre, dont la configuration bathycélérimétrique est elle aussi extrêmement variable.

Lieux des 429 points de mesure du profil vertical de célérité

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IV . DONNÉES DE BATHYMÉTRIE

MNT bathymétrique

L'agrandissement (ci-dessous) relatif à la zone centrale, permet d'observer la qualité des données bathymétriques obtenues, qualité résultant directement de la prise en compte des 429 profils de célérité.

MNT bathymétrique : agrandissement de la zone centrale. Visualisation de rides de sable sur la bathymétrie

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Les agrandissements (ci-dessous) relatifs à la zone nord, permettent d'observer à la fois sur les données bathymétriques et sur les données sonar latéral la présence de rides de sable :

En haut : MNT bathymétrique de la zone nordEn bas : mosaïque sonar latéral correspondante

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Les rides s'observent sur une largeur de 250 m sur la partie ouest, ainsi que sur la partie est plus profonde.Sur la partie ouest la entre deux rides (crête-crête) est de l'ordre de 8.5 m

Exemple de longueur d'onde des rides observées : 8.5 m

La figure suivante montre un exemple de profil bathymétrique extrait sur la zone de rides et met en évidence des longueurs d'onde comprises entre 8 et 10 m.

Exemple de profil bathymétriqueA Gauche : Position du profil – A droite : Profil bathymétrique mettant en évidence des longueurs crête-crête de 8 à 10 m

L’amplitude (crête-creux) est de l’ordre de 0.5 m

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250 m

8.5 m

250 m

8.5 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 2506

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

Distance horizontale (en m)

Profondeur (en m)


La figure suivante présente les isobathes obtenues sur l'ensemble de la zone :

Isobathes (tous les 0.5 m)

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V . DONNÉES SONAR LATÉRAL

La mosaïque sonar latéral de la zone est présentée sur la figure suivante. Elle fait apparaître des zones de réflectivité acoustique du fond variable (différents niveaux de gris).

Mosaïque sonar latéral

Remarque : Le CEREGE dispose de 14 prélèvements de sédiments, réalisés le 14/03/2012 sur la zone, dont les lieux sont reportés (en rouge) sur la mosaïque (précision métrique du positionnement).

Mosaïque sonar latéral En rouge : lieux des 14 prélèvements du CEREGE effectués le 14/03/2012. (Précision métrique)

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VI . DONNÉES DE LA MÉTHODE CLASS (CLASSIFICATION ACOUSTIQUE DES SÉDIMENTS SUPERFICIELS )

Principe de la méthode CLASS (CLAssification des Sédiments Superficiels)Le principe de la méthode de reconnaissance acoustique est le suivant :SEMANTIC TS utilise un sondeur mono-faisceau scientifique haut de gamme porté par un bateau.Le navire instrumenté se déplace sur la zone à lever. Un PC installé à bord, récupère les informations en provenance des divers instruments de mesure, c'est-à-dire :

• la position (latitude, longitude et élévation de la mer) indiquée par un GPS différentiel• la réponse impulsionnelle du signal sonore réverbéré par le fond fournie par le sondeur.

Le système analyse et traite la réponse impulsionnelle et en déduit les caractéristiques de la végétation fixée sur le fond sous-marinLe PC traite les informations et, à une latitude et une longitude, il associe les informations caractéristiques de la végétation.La première étape consiste à extraire du signal reçu par le sondeur le premier écho du fond. Une méthode d’analyse discriminante permet ensuite d’affecter à cet écho une classe de biocénose préexistante (par exemple : roche, sable, posidonie, …) ou une classe sédimentologique (Roche, Sable, Vase). Cette affectation se fait par l’intermédiaire de fonctions discriminantes calculées à partir de fichiers d’apprentissage pour chacune des classes définies (phase d’apprentissage). Enfin, le résultat de la classification de l’écho est associé à la latitude et la longitude fournies par le GPS, ce qui en assure le géoréférencement.

SEMANTIC TS dispose sur son navire instrumenté d’un sondeur acoustique monofaisceau qui permet ce type de fonctionnement. Ce sondeur est un sondeur scientifique haut de gamme qui a déjà été utilisé par des équipes de l’INRA pour la caractérisation d’espèces de poissons (travaux similaires) à partir du signal acoustique réverbéré par les bancs de poissons. Ce sondeur peut émettre à deux fréquences séparées de plusieurs octaves (38 kHz et 200 kHz), ce qui est fondamental pour obtenir des informations de caractérisations (les différentes fréquences signant les phénomènes environnementaux en fonction de la taille de leur longueur d’onde). Application de la méthode DIVA à la CLAssification des Sédiments Superficiels : Méthode CLASS Nous travaillons actuellement, dans le cadre d’un contrat de recherche avec la DGA, à la caractérisation des sédiments superficiels en terme de dureté et rugosité. Dans ce but nous analysons la partie de la réponse impulsionnelle du sondeur monofaisceau correspondant à la réflexion sur le sédiment ; la forme du signal est différente selon que le fond est vaseux (absorbant le son) ou sableux (réfléchissant le son). La figure suivante illustre la variation de la réponse impulsionnelle entre deux fonds de sable : fin et grossier :

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Amplitude de l’écho

Profo

ndeur

Sable fin Sable grossier

Décroissance d’énergie plus rapide

Schéma de principe du système de sondage bathymétrique géoréférencé


Illustration de l’impact de la nature du sédiment superficiel sur la forme de la réponse impulsionnelle.

La méthode CLASS détermine à partir de la forme du signal un indice de dureté et de rugosité du fond à la fréquence de la mesure. Cet indice permet de séparer différents substrats de nature ou de couverture benthique différente. Les résultats relatifs à l'indice de dureté à 200 kHz sont donnés sur la figure suivante :

Résultats de la méthode CLASS : indice de dureté à 200 kHzEn jaune : [0, 2.7 10-8] - En orange : [ 2.7 10-8, 4.6 10-8] – En rouge : [ 4.6 10-8, 8 10-8] – En violet : > 8 10-8

La méthode a été calée sur les zones de faible profondeur où les contraste sonar sont les plus marqués. Dans ces zones on observe une dureté plus faible sur les zones claires de la mosaïque sonar latéral. Dans les zones plus profondes, le même paramétrage de la méthode fourni des résultats moins probants. Ces données seront ré-analysées avec la connaissance de la granulométrie des vérités terrain, qui permettra de mieuxc omprendre la constitution du fond, et peut être ensuite de mieux ajuster les paramètres de la méthode de classification.

Résultats de la méthode CLASS : indice de dureté à 200 kHz – Agrandissement de la zone ouest En jaune : [0, 2.7 10-8] - En orange : [ 2.7 10-8, 4.6 10-8] – En rouge : [ 4.6 10-8, 8 10-8] – En violet : > 8 10-8

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VII . E XPORT DES DONNÉES AU FORMAT GOOGLE EARTH

Architecture des données

L'ensemble des données est livré dans le SIG selon le format requis par le CEREGE, mais aussi au format GOOGLE EARTH. Ce format permet la visualisation de données géoréfrencées en s'affranchissant d'un logiciel spécifique de Système d'Information Géographique.

A Gauche : Arborescence des données consultables aisément sous GOOGLE EARTHA droite : Visualisation sous GOOGLE EARTH des données fournies

Note : livraison des fichiers *.kmz (format Google Earth)

Le fichier *.kmz est la version compressée d'un fichier *.kml (écriture type XML consultable avec, non exhaustif, GOOGLE EARTH, NOTEPAD, EXCEL etc.)Le fichier *.kmz livré est composé de différentes couches thématiques.

Navigation dans l'onglet des données :Pour afficher ou masquer une couche ou un élément de la couche, il suffit de cocher ou décocher la checkbox correspondante.

Enregistrement de données en particulier :

Se placer sur la couche ou sous couche désirée. click droit « Enregistrer le lieu sous ... », nommer le fichier et préciser l'extension *.kml.

Pour récupérer les données (exemple : position en WGS84), ouvrir le fichier enregistré avec EXCEL en acceptant l'ouverture en type XML. Les données sont disponibles par champs.

Gestion de la transparence d'un raster :

Il est possible de rendre plus ou moins transparent un raster inséré dans Google Earth. Pour cela un clic droit sur le raster à modifier puis propriétés (voir figure suivante).

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Couche visible (checkbox cochée)Couche non visible (checkbox décochée)


VIII . S YNTHÈSE MATÉRIELS ET LIVRABLES

1. Matériel

DATE DU LEVE 01/03/2012 au 02/03/2012 et du 13/03/2012 au 14/03/2012

SONDEUR BATHYMETRIQUE MULTIFAISCEAUX INTERFEROMETRE GEOSWATH +

SONAR LATERAL DE COQUE MULTIFAISCEAUX INTERFEROMETRE GEOSWATH +

PRELEVEMENTS BENNE VAN VEEN

CENTRALE ATTITUDE CODA OCTOPUS FS185+ D-GPS MOBILE CODA OCTOPUS FS185+ - NOVATEL

D-GPS STATION DE REFERENCE LEICA

COORD. STATION REFERENCE WGS 84 E 4.810752585° N 43.388755912° Alti 54.55 m

PROFILEUR DE CELERITE VALEPORT MINI SVS PRESSION

DATE DE CALIBRATION DU SYSTEME 25/04/12

2. Livrables généraux

Nom des fichiers PARAMETRES DESCRIPTIONB/12/020/LF Rapport PDF

NGF_Mercator_Rhone_Embouchure_CNRS.kmz

Contient les couches suivantes :• Isobathes 50 cm• Raster Sonar• Raster Bathymétrie• Les emplacements des prélèvements

sédimentaires• Résultat de la méthode CLASS

(Sédimentologie)

Fichier GOOGLE EARTH

Attention données uniquement en coordonnées WGS

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3. Livrables coordonnées système local

Les données sont présentées dans le système géodésique : DATUM Local : NTF IGN

Datum NTF

Ellipsoïde Clarke 1880 IGN

Demi grand axe 6 378 249,2 mètres

Demi petit axe 6 356 515,0 mètres

Aplatissement NTF

Au travers de leur projection locale en coordonnées : Lambert 3

Type de projection Conique Conforme

Zone France

Latitude origine 49 grades

Méridien central Paris (E 2°20´14.025")

Origine X 600 000 mètres

Origine Y 200 000 mètres

Transformation WGS 84 GR3DF97A

Référence altimétrique NGF IGN 69

MAILLE Origine Pas Étendue

MNT BATHYMETRIE

Zone Intermédiaire X= 115651Y= 801116

50 * 50 cm 4335,5m 4171,5 m

Zone Nord X= 115651Y= 802101

50 * 50 cm 4335,5m 2181m

Zone Sud Est X= 115581,5Y= 800801,5

50 * 50 cm 4219m 5598m

Zone Sud Ouest X= 115581,5Y= 800801,5

50 * 50 cm 4355,5m 5598m

MOSAIQUE SONAR

Zone Intermédiaire X= 115651Y= 801116

50 * 50 cm 4335,5m 4171,5 m

Zone Nord X= 115651Y= 802101

50 * 50 cm 4335,5m 2181m

Zone Sud Est X= 115581,5Y= 800801,5

50 * 50 cm 4219m 5598m

Zone Sud Ouest X= 115581,5Y= 800801,5

50 * 50 cm 4355,5m 5598m

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Nom des fichiers PARAMETRES DESCRIPTIONMNT\ NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneIntermediaire.xyz

Fichier ASCII 3 colonnes : x y z

MNT\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneNord.xyz


MNT\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneSudEst.xyz


MNT\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneSudOuest.xyz


CLASS\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_CLASS.xyb

BCN,1 correspond à Hf_Dur ∈[0, 2.7e-8]BCN,2 → Hf_Dur ∈[2.7e-8,4.6e-8]BCN,3 → Hf_Dur ∈[4.6e-8, 8e-8]BCN,4 → Hf_Dur ∈[8e-8 , 1]

Fichier ASCII 3 colonnes : x y b

RASTER\Bathymetrie\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneXXX_bathy.png

Ecart entre les couleurs : 1 m Raster : image de la bathymétrie en fausse couleur géoréférencée pour les logiciels suivants :• MAPINFO par le fichier *.TAB• ARCGIS par le fichier *.pgw

RASTER\Sonar\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_ZoneXXX_sonar50cm.png

Raster : mosaïque sonar géoréférencée pour les logiciels suivants :• MAPINFO par le fichier *.TAB• ARCGIS par le fichier *.pgw

MAPINFO\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_isobathe50cm.mid/mif

Isobathes pas de 50cm Fichier d'échange MAPINFO

MAPINFO\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_CLASS.mid/mif

Résultats de la méthode CLASS

MAPINFO\NGF_L3_Rhone_Embouchure_CNRS_PointPrelevement.mid/mif

Localisation des prélèvements sédimentaires

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Documents

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