Brevet FR3076388A1 — publié le 20190705

Procede de determination de zones potentielles d'erosion et de depots sedimentaires [001] L'invention concerne le domaine de la caracterisation topographique d'une zone geographique, et notamment le domaine de la differenciation entre des zones d'erosion et des zones de depots sedimentaires. [002] Dans de nombreux domaines techniques, it est necessaire de pouvoir identifier, sur une zone geographique donnee, 0E1 se situent les zones potentielles d'erosion et les zones potentielles de depots sedimentaires. On peut citer par exemple des methodes de preventions des inondations, ou des methodes pour eviter ('accumulation croissante de sediments dans les masses d'eau de certains bassins qui contribue a la degradation physique et biologique de celles-ci. La recherche de zones d'accumulation potentielle de sediments est aussi utile en prospection miniere pour la recherche de ressources minerales (gisements de type « placer) comme le rutile, l'or, la cassiterite, etc... Pour les zones situees en contexte erosif et en combinaison avec d'autres parametres morphologiques comme la pente par exemple, on est capable de determiner les zones les plus sensibles aux risques de glissements de terrain ou aux ecroulements par exemple. [003] Pour mieux apprehender de tels phenomenes, it est devenu essentiel de mieux caracteriser les zones a enjeux af in de definir les mesures de prevention ou de remediation pertinentes. II est donc necessaire de bien situer sur la zone geographique etudiee les zones potentielles d'erosion et de depots sedimentaires. [004] Actuellement, pour realiser une telle localisation, on utilise des approches faisant appel essentiellement a des avis d'experts, et souvent sur des secteurs restreints associes a un enjeu identifie, que ce soit pour le risque d'inondations ou de glissements de terrain. Ces experts s'appuient sur des documents topographiques et des approches historiques. [005] L'invention a pour but de remedier aux inconvenients des methodes anterieures, en fournissant un procede de determination des zones potentielles d'erosion et des zones potentielles de depots sedimentaires au sein d'une surface topographique d'une zone geographique comportant au moins un reseau hydrographique, dans lequel on utilise une grille de donnees topographiques (MNT) discretisant la surface topographique en un ensemble de pixels, une valeur d'altitude de la surface topographique etant attachee a chaque pixel. Le procede comporte les etapes suivantes determination des pixels de la grille de donnees topographiques (MNT) appartenant au reseau hydrographique ; construction d'une grille de niveau de base (NdB) par interpolation des altitudes attachees aux pixels appartenant au reseau hydrographique ; 2 construction d'une grille de denivelee regionalisee (DR) par soustraction des altitudes attachees aux pixels de la grille de donnees topographiques (MNT) et des altitudes attachees aux pixels de la grille de niveau de base (NdB) ; et determination d'un potentiel d'erosion/depot par analyse des valeurs attachees aux 5 pixels de la grille de denivelee regionalisee (DR). [006] Le procede peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - la grille de niveau de base comporte une meme discretisation que la grille de donnees d'altitude de la surface topographique ; 10 - on construit la grille de niveau de base en realisant les etapes suivantes : o on attribue a chaque pixel de la grille de niveau de base appartenant au reseau hydrographique une altitude attach& au meme pixel de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique ; o on attribue une valeur d'altitudes aux autres pixels de la grille de niveau de base, par 15 interpolation des altitudes attachees aux pixels appartenant au reseau hydrographique ; - avant l'etape d'interpolation, on realise une decimation des valeurs associees aux pixels appartenant au reseau hydrographique, afin de limiter le nombre de pixels a interpoler ; - l'interpolation est realisee en utilisant un rayon d'interpolation permettant de prendre en 20 compte des pixels d'altitude situes dans plusieurs thalwegs afin de mieux contraindre l'interpolation ; l'interpolation est realisee en utilisant un interpolateur de type exact ; la grille de denivelee regionalisee comporte une meme discretisation que la grille de donnees d'altitude de la surface topographique ; 25 on determine le potentiel d'erosion/depot en differenciant des pixels de valeur positive et des pixels de valeur negative parmi les pixels de la grille de denivelee regionalisee. [007] L'invention concerne egalement un procede de caracterisation topographique, comportant les etapes suivantes : - on construit une grille de denivelee regionalisee a partir d'une grille de donnees 30 d'altitude de la surface topographique, au moyen du procede selon ('invention ; - on construit une grille de pente calculee a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique ; - on extrait differentes composantes de la topographie en fonction des valeurs de denivelee regionalisee et de pente en chaque pixel. [008] Selon un mode de realisation, on extrait differentes composantes de la topographie locale en appliquant les regles suivantes : 3 - chaque pixel dont la denivelee regionalisee est negative et la pente est sensiblement nulle appartient a une plaine alluviale ; - chaque pixel dont la denivelee regionalisee est positive et la pente est positive appartient a un versant ; 5 - chaque pixel dont la denivelee regionalisee est positive et la pente est sensiblement nulle appartient a un plateau. [009] L'invention concerne egalement un procede de construction de cartes preventives d'aleas naturels, comportant les etapes suivantes : - on construit une grille de denivelee regionalisee a partir d'une grille de donnees 10 d'altitude de la surface topographique, au moyen du procede selon l'invention ; - on construit une grille de pente et/ou de parametres geologiques, tels que la densite de fractures ou ('occupation du sol, calculee a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique ; - on determine differentes composantes de la topographie locale en fonction des 15 valeurs de denivelee regionalisee et de pente en chaque pixel et/ou de parametres geologiques ; - on construit, a partir des differentes composantes de la topographie locale, un document mettant en evidence des zones susceptibles d'être affectees par des aleas et de generer une carte de risques. 20 [0010] L'invention sera mieux comprise a la lecture des figures annexees, qui sont fournies a titre d'exemples et ne presentent aucun caractere limitatif, dans lesquelles : la figure 1 illustre un exemple de grille de donnees d'altitude de la surface topographique, appelees MNT (Modele Numerique de Terrain) ; la figure 2 illustre un exemple de grille de niveau de base (NdB) obtenue a partir de la 25 grille de donnees topographiques de la figure 1 ; la figure 3 illustre un exemple de grille de denivelee regionalisee (DR) obtenue a partir de la grille de donnees topographiques de la figure 1 et de la grille de niveau de base de la figure 2 ; la figure 4 illustre une coupe longitudinale montrant un profil topographique (trait epais 30 des figures 1, 2 et 3) issu des grilles MNT, NdB et DR des figures 1, 2 et 3 ; la figure 5 illustre un autre exemple de grille de denivelee regionalisee obtenue a partir du procede selon l'invention. [0011] Le procede selon l'invention permet de differencier des zones potentielles d'erosion et des zones potentielles de depots sedimentaires au sein d'une surface topographique. 35 Cette surface topographique caracterisant ('altitude d'une zone geographique comportant au moins un reseau hydrographique. 4 [0012] On designe par reseau hydrographique l'ensemble des elements naturels (rivieres) drainant un bassin versant. [0013] Une zone potentielle d'erosion est une region sur laquelle est susceptible de se produire un processus d'erosion (elimination de matieres minerales) du relief. 5 [0014] Une zone potentielle depots sedimentaires est une region sur laquelle est susceptible de se deposer des sediments (issus de produits de ('erosion). [0015] La zone geographique peut correspondre, par exemple, a un bassin sedimentaire. Mais ('invention n'est pas limitee a une taille de zone geographique particuliere. [0016] Pour determiner les zones potentielles d'erosion et de depot, on utilise une grille de 10 donnees d'altitude de la surface topographique (MNT). Un exemple d'une telle grille est illustre sur la figure 1. Une telle grille discretise la surface topographique en un ensemble de pixels. Une valeur d'altitude de la surface topographique est attachee a chaque pixel. Lorsque cette valeur est codee par un code couleur, la grille forme une image, une carte (figure 1). [0017] Une telle grille (MNT), si elle n'existe pas au prealable, peut etre construite a partir 15 d'un MNT presque mondial, issu du !eve SRTM, et telechargeable gratuitement a la maille de trois secondes d'arc. [0018] Sur la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) on identifie les pixels appartenant au reseau hydrographique. [0019] Si on ne dispose pas d'un reseau hydrographique ou s'il n'est pas fiable, it existe 20 des outils informatiques qui permettent d'en calculer un a partir d'un MNT. On peut par exemple utiliser la boite a outils « HYDROLOGIE » de Spatial Analyst pour ArcMap de ESRI®. [0020] On construit alors une nouvelle grille, appelee grille de niveau de base (NdB), correspondant a la meme discretisation que la grille de donnees d'altitude de la surface 25 topographique (MNT) : chaque pixel a les memes coordonnees geographiques. Sur cette nouvelle grille (NdB), on attribue a chaque pixel appartenant au reseau hydrographique ('altitude attachee au merne pixel de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT). [0021] Puis, on attribue une valeur d'altitudes aux autres pixels de la grille de niveau de 30 base (NdB), par interpolation des altitudes attachees aux pixels appartenant au reseau hydrographique (apres eventuelle selection/decimation des valeurs associees aux pixels appartenant au reseau hydrographique, afin de limiter le nombre de points a interpoler pour optimiser le temps de calcul de la grille de NdB). [0022] L'interpolation de l'ensemble des valeurs des pixels appartenant au reseau 5 hydrographique cite une grille qui decrit une surface topographique lissee, passant par les points bas de la topographie. Un rayon d'interpolation adapte permet de prendre en compte des pixels d'altitude situes dans plusieurs thalwegs af in de mieux contraindre ('interpolation. De facon avantageuse, l'interpolateur est de type exact : c'est-a-dire que la valeur interpolee 5 dans un pixel superpose a une valeur connue doit etre proche de cette derniere. Le rayon d'interpolation est choisi de telle facon qu'il permette de prendre en compte des valeurs d'altitude dans plusieurs thalwegs contigus afin de bien regionaliser, lisser le niveau de base. [0023] Cette grille (NdB) decrit la composante altimetrique regionale basse a grande longueur d'onde. Elle est assimilable a la topographie d'une nappe d'eau souterraine 10 theorique qui viendrait a l'affleurement dans les thalwegs (si l'encaissant de cette nappe etait homogene).La figure 2 illustre une grille de niveau de base (NdB) obtenue a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) de la figure 1. [0024] On construit ensuite une troisieme grille, appelee grille de denivelee regionalisee (DR), correspondant a la meme discretisation que la grille de donnees d'altitude de la surface 15 topographique (MNT) : chaque pixel a les memes coordonnees geographiques. Sur cette nouvelle grille (DR), on attribue a chaque pixel une valeur, correspondant a la difference entre l'altitude attachee a ce meme pixel sur la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) et l'altitude attachee a ce meme pixel sur la grille de niveau de base (NdB). 20 [0025] On obtient ainsi une carte, correspondant a une estimation en tout pixel de la difference d"altitude entre l'altitude topographique (relief observe) et l'altitude interpolee du reseau hydrographique. La figure 3 illustre une grille de denivelee regionalisee (DR) obtenue a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) de la figure 1 et de la grille de niveau de base (NB) de la figure 2 : DR = MNT - NdB. Les zones de couleur 25 grise correspondent a des zones de denivelee regionalisee (DR) nulle ou negative, zones favorables au depot de sediments et, si le contexte s'y prete, aux inondations. [0026] La figure 4 illustre une coupe longitudinale montrant un profil topographique issu de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) (en haut), la grille de niveau de base (NdB) (au milieu) et la grille de denivelee regionalisee (DR) (en bas) des figures 1, 30 2 et 3. [0027] La figure 5 illustre un autre exemple de grille de denivelee regionalisee (DR), sur laquelle les plages de valeurs negatives sont clairement et visuellement identifiables. [0028] Enfin, on analyse la grille de denivelee regionalisee (DR) afin de differencier des zones potentielles d'erosion et des zones potentielles de depots sedimentaires au sein de la 35 surface topographique. 6 [0029] Pour se faire on differencie les pixels de valeur positive et les pixels de valeur negative. En effet, si la valeur denivelee regionalisee calculee est positive, ceci indique que la topographie est au-dessus du niveau de base. On est donc en presence d'un relief et donc, ('erosion mecanique peut etre active. En revanche, si la denivelee est negative, la 5 topographie passe sous le niveau de base. On est donc en presence de vallees, les sediments cites par ('erosion peuvent donc s'y deposer - ce qui est le cas dans les plaines alluviales. [0030] L'invention concerne egalement un procede d'utilisation de la grille de denivelee regionalisee (DR) obtenue par le procede selon l'invention, pour caracteriser la topographie. 10 En effet, la combinaison entre la grille de denivelee regionalisee (DR) et une grille de pente (GP) calculee a partir de la meme grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) permet d'extraire facilement differentes composantes de la topographie locale comme : les plaines alluviales (DR negative et GP nulle ou faible), les versants (DR positive et GP > 0 ou autre valeur positive avec differentes combinaisons possibles), les plateaux (DR 15 positive et GP nulle a faible). D'autres combinaisons sont evidemment possibles en fonction de la topographie locale et des besoins. [0031] Par ailleurs, une analyse plus fine de la repartition des valeurs de denivelee regionalisee sur les zones a faible pente peut permettre de reperer des etapes de stases regionales dans le processus d'erosion (= etagement). 20 [0032] L'invention concerne egalement un procede pour elaborer des cartes preventives d'aleas naturels (realisation de Plan de Prevention des Risques - PPR) comme les inondations, les glissements de terrain ou les ecroulements rocheux. La combinaison d'une carte de denivelee regionalisee (DR) avec une carte de pente et/ou d'autres parametres geologiques (densite de fractures par exemple, occupation du sol), permet de fournir un 25 document mettant en evidence les zones les plus susceptibles d'être affectees par ces aleas et de generer une carte de risques. [0033] Le procede comporte alors les etapes suivantes : - on construit une grille de denivelee regionalisee (DR) a partir d'une grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT), au moyen du procede selon l'invention ; 30 - on construit une grille de pente (GP) et/ou de parametres geologiques, tels que la densite de fractures ou ('occupation du sol, calculee a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) ; on determine differentes composantes de la topographie locale en fonction des valeurs de denivelee regionalisee et de pente en cheque pixel et/ou de parametres 35 geologiques ; on construit, a partir des differentes composantes de la topographie locale, un 7 document mettant en evidence des zones susceptibles d'être REVENDICATIONS1. Procede de determination de zones potentielles d'erosion et de zones potentielles de depots sedimentaires au sein d'une surface topographique d'une zone geographique comportant au moins un reseau hydrographique, dans lequel on utilise une grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT) discretisant la surface topographique en un ensemble de pixels, une valeur d'altitude de la surface topographique etant attachee a chaque pixel, caracterise en ce que Ion realise les etapes suivantes : determination des pixels de Ia grille de donnees d'altitude de Ia surface topographique (MNT) appartenant au reseau hydrographique ; construction d'une grille de niveau de base (NdB) par interpolation des altitudes attachees aux pixels appartenant au reseau hydrographique ; construction d'une grille de denivelee regionalisee (DR) par soustraction des altitudes attachees aux pixels de Ia grille de donnees d'altitude de Ia surface topographique (MNT) et des altitudes attachees aux pixels de Ia grille de niveau de base (NdB) ; et - determination d'un potentiel d'erosion/depot par analyse des valeurs attachees aux pixels de Ia grille de denivelee regionalisee (DR). 2. Procede selon Ia revendication precedente, dans lequel Ia grille de niveau de base (NdB) comporte une meme discretisation que Ia grille de donnees d'altitude de Ia surface topographique (MNT). 3. Procede selon l'une des revendications precedentes, dans lequel on construit Ia grille de niveau de base (NdB) en realisant les etapes suivantes : on attribue a chaque pixel de Ia grille de niveau de base (NdB) appartenant au reseau hydrographique une altitude attach& au meme pixel de Ia grille de donnees d'altitude de Ia surface topographique (MNT) ; on attribue une valeur d'altitudes aux autres pixels de Ia grille de niveau de base (NdB), par interpolation des altitudes attachees aux pixels appartenant au reseau hydrographique. 4. Procede selon Ia revendication precedente, dans lequel, avant l'etape d'interpolation, on realise une decimation des valeurs associees aux pixels appartenant au reseau hydrographique, afin de limiter le nombre de pixels a interpoler. 5. Procede selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel l'interpolation est realisee en utilisant un rayon d'interpolation permettant de prendre en compte des pixels d'altitude situes dans plusieurs thalwegs af in de mieux contraindre l'interpolation. 6. Procede selon l'une des revendications 3 a 5, dans lequel l'interpolation est realisee en utilisant un interpolateur de type exact. 9 7. Procede selon l'une des revendications precedentes, dans lequel la grille de denivelee regionalisee (DR) comporte une merne discretisation que la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT). 8. Procede selon l'une des revendications precedentes, dans lequel on determine le 5 potentiel d'erosion/depot en differenciant des pixels de valeur positive et des pixels de valeur negative parmi les pixels de la grille de denivelee regionalisee (DR). 9. Procede de caracterisation topographique, comportant les etapes suivantes : on construit une grille de denivelee regionalisee (DR) a partir d'une grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT), au moyen d'un procede selon l'une des 10 revendications precedentes ; on construit une grille de pente (GP) calculee a partir de la grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT), on extrait differentes composantes de la topographie en fonction des valeurs de denivelee regionalisee et de pente en chaque pixel. 15 10. Procede selon la revendication precedente, dans lequel on extrait differentes composantes de la topographie locale en appliquant les regles suivantes : chaque pixel dont la denivelee regionalisee est negative et la pente est sensiblement nulle appartient a une plaine alluviale ; chaque pixel dont la denivelee regionalisee est positive et la pente est positive 20 appartient a un versant ; chaque pixel dont la denivelee regionalisee est positive et la pente est sensiblement nulle appartient a un plateau. 11. Procede de construction de cartes preventives d'aleas naturels, comportant les etapes suivantes : 25 on construit une grille de denivelee regionalisee (DR) a partir d'une grille de donnees d'altitude de la surface topographique (MNT), au moyen d'un procede selon l'une des revendications 1 a 7 ; on construit une grille de pente (GP) et/ou de parametres geologiques, tels que la densite de fractures ou ('occupation du sol, calculee a partir de la grille de donnees 30 d'altitude de la surface topographique (MNT) ; on determine differentes composantes de la topographie locale en fonction des valeurs de denivelee regionalisee et de pente en chaque pixel et/ou de parametres geologiques ; on construit, a partir des differentes composantes de la topographie locale, un 35 document mettant en evidence des zones susceptibles d'être affectees par des aleas et de generer une carte de risques.