Brevet FR3150880A1 — publié le 20250110

Procédé de caractérisation d'un risque de chutes de blocs se détachant d'une paroi d’une paroi rocheuse d'échelle hectométrique composé d'empilement de roches volcaniques constituées d’alternance de coulées basaltiques massives et de niveaux d’inter-coulées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - délimiter des blocs en surface de la paroi rocheuse à partir des données topographiques tridimensionnelles denses, par segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux, - évaluer la stabilité de chaque bloc individuellement en comparant sa profondeur de sous-cavage à son centre de masse. Figure pour l’abrégé : figure 16 Procédé de caractérisation d'un risque de chutes de blocs État de la technique Les éboulements rocheux et chutes de blocs représentent un risque monétaire et de sécurité important pour les biens et les personnes. Pour garantir la sécurité et réduire la vulnérabilité des personnes et des biens situés en pied de paroi rocheuse, les autorités responsables des sites doivent prévoir des mesures de prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures visent respectivement à : i- Améliorer la connaissance du phénomène et informer les personnes ; ii- Réduire la vulnérabilité des personnes. Comme pour les autres phénomènes naturels dangereux, l'aléa chute de bloc désigne le phénomène lui-même ou la probabilité plus ou moins grande qu'il se produise, indépendamment de l'occupation de la zone concernée. Il s'agit d'un domaine d'expertise. Pour caractériser l'aléa chute de bloc au niveau d'une paroi, l'expert doit porter un diagnostic sur l'évolution future d'une pente rocheuse existante. Pour le faire de manière la plus objective, il cherche à : - identifier les zones susceptibles de produire des chutes de blocs ; - trouver des critères de stabilité adaptés à la lithologie de la paroi ; - quantifier la probabilité de chute des instabilités pour un certain délai ; - déterminer la zone d'épandage maximale ; - estimer l'énergie que les chutes de blocs pourraient dégager. Les documents suivants reflètent l'état de la technique connu des inventeurs. Hudson, J. A., & Priest, S. D. . Discontinuity frequency in rock masses. In International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. Pergamon ; Asroun, A., & Durville, J. L. . Stabilité des massifs rocheux fissurés. Revue française de géotechnique 5-9, enseignent qu'un massif rocheux fracturé est composé de blocs formants un édifice généralement stable dont l'équilibre peut être rompu instantanément ou, à terme, par des facteurs aggravants. Sa susceptibilité aux chutes de blocs est fortement liée à sa morphologie et aux discontinuités qui l'affectent. Bieniawski, Z. T. . Engineering classification of jointed rock masses. Civil Engineering= Siviele Ingenieurswese, 1973, 335-343 ; Hoek, E., Marinos, P., & Benissi, M. . Applicability of the Geological Strength Index classification for very weak and sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 57, 151-160, divulguent des méthodes de classification des massifs rocheux en fonction de leurs propriétés. Ces méthodes sont fréquemment employées pour la caractérisation géotechnique « en grand » de parois rocheuses. La caractérisation de ces critères s'effectue traditionnellement selon des méthodes à dire d'expert qui sont donc subjectives et ont une faible résolution spatiale. Abellán, A., Oppikofer, T., Jaboyedoff, M., Rosser, N. J., Lim, M., & Lato, M. J. . Terrestrial laser scanning of rock slope instabilities. Earth surface processes and landforms, 39, 80-97; Jaboyedoff, M., Metzger, R., Oppikofer, T., Couture, R., Derron, M. H., Locat, J., & Turmel, D. . New insight techniques to analyze rock-slope relief using DEM and 3Dimaging cloud points: COLTOP-3D software. In 1st Canada-US Rock Mechanics Symposium. OnePetro; Gigli, G., & Casagli, N. . Semi-automatic extraction of rock mass structural data from high resolution LIDAR point clouds. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48, 187-198 ; Lato, M. J., & Vöge, M. . Automated mapping of rock discontinuities in 3D lidar and photogrammetry models. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 54, 150- 158; Riquelme, A. J., Abellán, A., Tomás, R., & Jaboyedoff, M. . A new approach for semi- automatic rock mass joints recognition from 3D point clouds. Computers & Geosciences, 68, 38- 52 ; Thiele, S. T., Grose, L., Samsu, A., Micklethwaite, S., Vollgger, S. A., & Cruden, A. R. . Rapid, semi-automatic fracture and contact mapping for point clouds, images and geophysical data. Solid Earth, 8, 1241-1253 ; Vasuki, Y., Holden, E. J., Kovesi, P., & Micklethwaite, S. . Semi-automatic mapping of geological Structures using UAV-based photogrammetric data: An image analysis approach. Computers & Geosciences, 69, 22-32, divulguent le recours à des images ou des nuages de points 3D comme alternative aux méthodes traditionnelles, avec les avantages d'être quantifiable et à plus haute résolution spatiale. Des méthodes automatiques ou semi automatiques ont ainsi été développées pour identifier, avec plus ou moins de précision ou d'efficacité, des discontinuités au sein de nuages de points 3D ou de l'analyse d'images ortho-rectifiées. Une revue détaillée des méthodes déployées depuis 2005 pour détecter et caractériser automatiquement et ou semi automatiquement les discontinuités sur les parois rocheuses est donnée dans Abellán, A., Oppikofer, T., Jaboyedoff, M., Rosser, N. J., Lim, M., & Lato, M. J. (2014). Terrestrial laser scanning of rock slope instabilities. Earth surface processes and landforms, 39(1), 80-97. et dans Battulwar, R., Zare-Naghadehi, M., Emami, E., & Sattarvand, J. (2021). A state-of-the-art review of automated extraction of rock mass discontinuity characteristics using three-dimensional surface models. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 13(4), 920-936. Avec des roches de moindre qualité ou très discontinues comme les roches volcaniques, ces méthodes ne sont pas adaptées pour effectuer des analyses de stabilité traditionnelles. Les formations volcaniques se distinguent en effet par une forte anisotropie induite par les discontinuités thermiques, appelées diaclases, et par une altération rapide dégradant leurs propriétés géomécaniques, a fortiori en contexte tropical. L'estimation de l'état de stabilité à l'échelle d'un versant est dépendante des connaissances en tout point des forces de résistance qui s'y appliquent vis-à-vis des forces motrices qui le sollicitent. La résistance du massif dépend de la présence de discontinuités et de leur géométrie individuelle, de la position, orientation et quantité de ponts rocheux, c'est-à-dire zones non rompues à proximité d'une fracture, et de leur résistance individuelle. Chaque élément découpé, ou « bloc », interagit avec les éléments voisins pour répartir les forces de sollicitation. Des sollicitations extérieures comme la pluie, le gel, la végétation, des secousses, peuvent détériorer la résistance du massif et engendrer une baisse de sa stabilité. Un massif rocheux oscille donc à chaque instant entre un état stable et un état instable. Ainsi, on comprend que l'évaluation de la stabilité à l'échelle d'un massif rocheux, et donc de son aléa de rupture des blocs, est un exercice très difficile du fait de la complexité naturelle d'un massif et celle des interactions qu'il entretient avec son environnement extérieur. Cependant, certaines configurations géométriques typiques peuvent donner lieu à des éboulements initiés par des mécanismes simples tels que basculement, rupture de surplomb, etc. C'est notamment le cas pour les parois rocheuses formées par la superposition de coulées de lave. Ces configurations géométriques prédisposent aux chutes de blocs. Une solution fournie par Dunham, L., Wartman, J., Olsen, M. J., O'Banion, M., & Cunningham, K. . Rockfall Activity Index: A lidar-derived, morphology-based method for hazard assessment. Engineering geology, 221, 184-192, vise à classifier une paroi en différents types de blocs et à appliquer un facteur d'activité calculé à partir de l'historique de l'activité de paroi. Cette technique ne permet ni de délimiter chaque bloc individuellement, ni d'évaluer sa stabilité en fonction de sa forme individuelle. Une autre solution, proposée par Wang, W., Zhao, W., Chai, B., Du, J., Tang, L., Yi, X., 2022. Discontinuity interpretation and identification of potential rockfalls for high-steep slopes based on UAV nap-of-the-object photogrammetry. Computers & Geosciences 166, 105191, vise à : 1/ détecter des familles de fissures à partir d'une orthophotographie, 2/ séparer des zones de même orientation délimitées par ces discontinuités, 3/ estimer la profondeur de surplombs tirés de ces zones. Mais la détection de fissures n’est pas toujours possible et engendre facilement des erreurs d’appréciation. L'invention Un but de l'invention est de proposer une méthode de quantification de l’aléa de rupture de blocs isolés en contexte de parois volcaniques. Un objet de l'invention est un procédé de caractérisation d'un risque de chutes de blocs se détachant d'une paroi rocheuse d'échelle hectométrique composée d'empilements de roches volcaniques constituées d’alternance de coulées basaltiques massives et de niveaux d’inter-coulées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - délimiter des blocs en surface de la paroi rocheuse à partir des données topographiques tridimensionnelles denses, par segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux, - évaluer la stabilité de chaque bloc individuellement en comparant sa profondeur de sous-cavage à son centre de masse. Le procédé de l'invention permet d'identifier des blocs en situation d'instabilité potentielle lorsqu'il s'agit de parois volcaniques exhibant des alternances de coulées basaltiques massives et de scories pour lesquels un relevé topographique dense acquis par exemple par méthode lidar ou photogrammétrique. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, la densité des données topographiques est en adéquation avec les dimensions des blocs et des surplombs à distinguer. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, cette adéquation signifie que la densité de points est de l’ordre de 2.5% à 5% de la hauteur des bancs, avec une densité pouvant notamment atteindre 400pts/m² sur 95% de la paroi avec une proportion cherchant à égaler ou excéder 1600 pts/m². Un banc correspond à une couche de roche homogène, délimitée par un « mur » et un « toit ». Ces termes consacrés sont hérités du langage minier. Le mur correspond à la base inférieure du banc. Le toit correspond au sommet du banc. Le procédé revient à singulariser les blocs au sein d'un nuage de points 3D et à en déterminer l'état de stabilité en comparant la profondeur du sous-cavage à son centre de masse. La détection exhaustive des instabilités à l'échelle d'un affleurement permet ensuite de construire un inventaire des blocs d'une paroi comprenant les attributs géométriques, les indices d'instabilité et les estimations de l'énergie potentielle de chute des blocs individualisés. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, les étapes du procédé sont réitérées de manière régulière, par exemple une fois par an. Cette réitération régulière donne une profondeur temporelle à l'analyse de stabilité et affine la probabilité de réalisation d'une chute de bloc donnée. Cette analyse peut en particulier permettre de calibrer la définition de seuils de sécurité, c'est-à-dire les critères à partir desquels un bloc est considéré comme ayant une forte probabilité de chuter. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, les données topographiques tridimensionnelles sont acquises par méthode lidar ou photogrammétrique ou radargrammétrie. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, on effectue une approximation spatiale des coordonnées des points en utilisant une discrétisation des données tridimensionnelles sous la forme d’une grille 3D ou 2,5D, grille à laquelle on applique le traitement de délimitation des blocs. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, on applique, dans la grille 3D ou 2,5D, un référentiel d'axes cartographiques ou ajusté localement à la paroi. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, la stabilité d'un bloc est évaluée comme insuffisante si le bloc a un rapport L/P Selon un mode de réalisation particulier du procédé de caractérisation, une fois les blocs instables identifiés, on détermine l'énergie de chaque bloc s'il venait à tomber en pied de paroi. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : est une représentation d’un nuage de points 3D brut colorisé obtenu par photogrammétrie, est une représentation du nuage de points filtré des zones densément végétalisées, illustre la saillance des blocs en paroi dans le nuage de points filtré, illustre le principe de segmentation par ligne de partage des eaux appliqué à une topographie, illustre le principe de segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux appliqué à un bassin versant, représente les spectres des différents paramètres explorés des régions du parement rocheux délimitées par segmentation hiérarchique. [Fig. 6a] : périmètre en fonction de la hauteur, [Fig. 6b] : hauteur en fonction de l'aire, [Fig. 6c] : degrés de compacité en fonction de l'aire, est une cartographie des surplombs rocheux identifiés, montre la distribution des volumes des blocs en situation de surplomb identifiés, montre la distribution des profondeurs des surplombs identifiés, est un graphe représentant les volumes des blocs en situation d'instabilité, représente une cartographie de la stabilité des blocs rocheux, montre la distribution de l'énergie cinétique des blocs rocheux délimités et correspondant aux critères de sélection, , la et la représentent la localisation des blocs considérés comme instables, comme résultat de la mise en œuvre du procédé, est un schéma bloc représentant quatre phases du procédé. Description détaillée La paroi étudiée s'étend sur une surface très globalement assimilable à un plan, même si elle n'est évidemment pas plane, avec une direction longitudinale qui mesure sa largeur, une direction verticale qui mesure sa hauteur et une profondeur qui mesure son inclinaison. Des données photogrammétriques sont obtenues avec une densité de 1pt/10 cm2. Le procédé de l'invention, dans la mise en œuvre qui va en être décrite, permet d'identifier, de positionner et de délimiter les blocs présents dans la paroi et d'évaluer leur degré de stabilité en fonction de leur sous-cavage. Cette mise en œuvre se déroule en quatre phases 1, 2, 3 et 4, qui sont représentées sur le schéma bloc de la . Les phases 1 et 4 sont optionnelles. Phase 1 : Capture de la géométrie de la paroi rocheuse sous forme de données topographiques 3D denses. Dans l'exemple, on utilise des données topographiques obtenues par méthode photogrammétrique appliquée à des images aériennes. Ces images ont été prises à une distance de la paroi d’environ 40m (voir p.32 du rapport) et avec un champ de vision, ou “fauchée” ou “field of view”, de 72”. Les pixels de ces images ont une dimension physique individuelle de 3.3µm. Ces prises de vue permettent d'obtenir par photogrammétrie un nuage de points 3D, comme celui représenté à la . À partir du nuage de points 3D ainsi obtenu, on doit appliquer certains traitements visant à rendre possible la détection de blocs. Tout d'abord, si la paroi à étudier n'est pas proche d'une orientation nord-sud ou est-ouest, on place le nuage de points dans un repère de coordonnées orthogonales relatif à l'affleurement. Ainsi, l'axe des Y est parallèle à la direction longitudinale, l'axe X est dirigé vers l'intérieur du massif rocheux et l'axe des Z est la direction verticale. Ce traitement permet d'utiliser un logiciel spécialisé qui ne calcule que dans les directions X, Y ou Z, comme c'est le cas du logiciel issu de l’Open Source Project « CloudCompare » disponible à https://www.cloudcompare.org/. Un deuxième traitement consiste à filtrer la végétation en utilisant le logiciel en utilisant des caractéristiques géométriques du nuage de points : la sphéricité, la planarité, ainsi que la connexion entre les points du nuage 3D. Ces paramètres sont calculés pour chacun des points dans un voisinage de rayon r, en utilisant les valeurs propres λ i avec i ∈ [1 ;3] telles que λ3 - La sphéricité est définie par le ratio λ3/λ1. Le rayon sélectionné est r= 0.206615. Au vu des valeurs obtenues, les points dont la sphéricité est supérieure à 0.25 sont considérés comme des points appartenant à la végétation et sont retirés du nuage de points. - La planarité P, définie telle que P = λ2−λ3, est calculée sur un rayon r=0.4m. Les zones λ1 ayant un P - Sur le nuage résiduel, après filtrage sur la planarité et sur la sphéricité, on applique un second traitement dit de rassemblement des points. À cet effet, un algorithme désigné connected-component est appliqué. Cet algorithme permet de rassembler les points connectés sous un même ensemble. Le nombre et la taille des ensembles dépend du niveau de décomposition choisi. Plus le niveau est élevé, plus le milieu est décomposé en de nombreux ensembles. Dans le présent mode de réalisation, les voxels voisins au niveau 11 de l'octree sont recherchés. La dimension physique correspondante est calculée par L/2 n-1 , où L est la plus grande dimension du nuage de points, n est le niveau d'octree. Par exemple, pour un nuage de point dont la longueur maximum de l'emprise est de 500 m, L=500 et la taille d'un voxel de niveau 11 vaut alors 0.48 m. Enfin, une sélection manuelle sur les ensembles permet d'écarter des zones végétalisées résiduelles. On dispose à ce stade d'un nuage de points rassemblés, nettoyé des zones végétalisées, comme visible sur la . Phase 2 : Délimitation des blocs On va maintenant utiliser la saillance pour commencer à préparer l'individualisation des blocs. La saillance est un paramètre calculé afin de mettre en évidence les potentielles zones en situation de surplomb. Dans le présent mode de réalisation, la saillance est la différence selon la composante X entre la paroi et la surface ajustée aux minimas de la paroi dans la même composante selon une longueur d'onde de 3m. Cette définition correspond à la profondeur du sous-cavage, au sens du procédé de l'invention. Le résultat est illustré par la , où l'on affiche la saillance en tant que distance à la surface moyenne de la falaise. Les zones en situation de surplomb ont une saillance positive, indiquée en rouge, tandis que les renfoncements ont une saillance négative, indiquée en bleu. Plus une zone est saillante, plus son avancée est importante. C'est sur cette donnée que l'individualisation des blocs est réalisée, comme cela va maintenant être expliqué. L'objectif est ici de partitionner le nuage de points rassemblés en plusieurs régions connexes et sélectionner celles correspondant à des blocs en situation de surplomb, c'est-à-dire à saillance positive. Pour remplir cet objectif, on utilise la méthode de segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux. Bien que connu du spécialiste, on rappelle ici le principe général de l’algorithme de ligne de partage des eaux. La ligne de partage des eaux est un outil de segmentation qui permet de partitionner une image en plusieurs régions selon une approche topographique : les différentes régions de l'image sont séparées par les lignes de crêtes, comme illustré par la . L'algorithme s'applique sur une image de gradient, c'est-à-dire lorsqu'un opérateur de dérivée spatiale est appliqué à un champ de valeurs scalaires (valeurs numériques quelconques, dont par exemple le champ d'altitude quand on considère la topographie). L'image de gradient est assimilée à un paysage dont l'altitude de chaque point est donnée par l'intensité du pixel correspondant. Les pixels de forte intensité correspondent à des sommets, tandis que les pixels de faible intensité correspondent à des fonds de vallées. L'algorithme permet de déterminer l'ensemble des lignes de crêtes 5 qui séparent les différents bassins versants 6 par un processus d'inondation. Les bassins versants sont inondés progressivement avec l'altitude, c'est-à-dire que les sources de l'inondation correspondent aux minima locaux 7. Cette méthode est notamment décrite dans le document Beucher, S., 1994. Watershed, Hierarchical Segmentation and Waterfall Algorithm, in: Serra, J., Soille, P. (Eds.), Mathematical Morphology and Its Applications to Image Processing, Computational Imaging and Vision. Springer Netherlands, Dordrecht, pp. 69–76. https://doi.org/10.1007/978-94-011-1040-2_10. Ce rappel du principe général de l'algorithme étant fait, son application au présent mode de réalisation permet la délimitation des blocs par ligne de partage des eaux, mais dans la version hiérarchique de cet algorithme. L'algorithme de segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux est aussi connu du spécialiste. Il est notamment décrit dans Cousty J. Najman. L., Incremental algorithm for hierarchical minimum spanning forests and saliency of watershed cuts. 10th International Symposium on Mathematical Morphology (ISMM'11), Jul 2011, Verbania-Intra, Italy. pp.272-283, 10.1007/978-3-642-21569-8_24hal- 00622505 ; dans Perret B., Cousty J., Guimarães S., Maia D. (2018) – Evaluation of hierarchical watersheds. IEEE Transactions on Image Processing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2018, 27 (4), pp.1676-1688. 10.1109/TIP.2017.2779604. hal-01430865v4 ; et dans Maia, D. S., Cousty, J., Najman, L., & Perret, B. (2019, March). Recognizing hierarchical watersheds. In International Conference on Discrete Geometry for Computer Imagery (pp. 300- 313). Springer, Cham. On en rappelle le principe général. Cet algorithme consiste à générer un arbre de régions 8 à partir du résultat obtenu par ligne de partage des eaux. A partir de la segmentation en ligne de partage des eaux initiale, les régions issues de cette segmentation sont fusionnées selon des attributs régionaux. Deux régions seront fusionnées si elles sont voisines et si un critère est respecté. Le critère peut être scalaire, morphométrique – aire, volume –, ou topologique. Les régions voisines sont fusionnées de proche en proche jusqu'à n'avoir plus qu'une seule région englobant toutes celles issues de la ligne de partage des eaux initiale. Chacun des niveaux de l'arbre correspond à une partition, comme illustré par la , où chacune des branches de l'arbre correspond à une région définie par un minimum local et un bassin versant. Les régions produites par le processus de segmentation peuvent être initialisées à l'aide de marqueurs, c'est-à-dire des pixels identifiés comme faisant partie d'une région en particulier. Chacune des régions peut être décrite selon des paramètres statistiques et des caractéristiques morpho-mathématiques. Une sélection selon un ou plusieurs de ces critères permet d'isoler certaines régions et de ne conserver ainsi que certains éléments de l'image. Ce rappel fait, on explique maintenant l'application du principe à la caractérisation de blocs. On utilise pour cela le code python watershed tree développé par F. Guiotte [https://python-sap.readthedocs.io/en/master/source/sap.trees.html#sap.trees;] à partir de la librairie higra [https://higra.readthedocs.io/en/st2able/python/watershed_hierarchy.html].] Ce code prend en entrée l'inverse du nuage de points rassemblés « saillance » pour lequel il calcule le gradient. Aucun marqueur n'est défini. La ligne de partage des eaux est réalisée et les régions hiérarchisées. Les régions sont hiérarchisées en fonction de leur aire. En pratique, cela signifie que le plus bas niveau de l'arbre est la partition correspondant à la segmentation initiale du nuage de points rassemblés « saillance » par ligne de partage des eaux. Chaque partition de l'arbre correspond à un niveau de fusion de région voisine. Les régions d'une partition sont caractérisées par une aire comprise dans un intervalle donné. Le sommet de l'arbre est une unique région englobant toute l'image. Une fois la segmentation réalisée, plusieurs paramètres statistiques et morpho-mathématiques caractérisant des éléments de l'arbre sont explorés. - La surface : la surface d'un nœud de l'arbre correspond à l'aire en nombre de pixels de la région de l'image représentée par le nœud en question. Pour la falaise étudiée, en première approche, une sélection sur la surface permet d'exclure les régions qui englobent des portions trop importantes de la falaise (> 10 m²) et non représentatives des instabilités potentielles de type chute de blocs de la partie inférieure de la falaise et également de supprimer les régions en dessous de 0.1m² pouvant correspondre à des résidus de végétation non filtrés. Ces paramètres sont liés à la falaise étudiée et à la résolution du nuage de points utilisé. - Le périmètre : le périmètre d'un nœud de l'arbre correspond au périmètre de la région du nœud. Il est donné en nombre de pixels de 10 cm de côté. - La compacité : le degré de compacité d'un nœud est défini par le test de Polsby-Popper comme : 4πA/P2 où A est l'aire du nœud et P, son périmètre. La compacité varie entre 1 (compact) et 0 (non compact). Un disque a une capacité de 1, un carré de 0,78, un rectangle deux fois plus long que large, de 0,69. Un bloc peut être vu comme une zone relativement compacte de la falaise. - La hauteur : la hauteur correspond à la différence d'altitude entre l'altitude du parent du nœud et l'altitude du nœud le plus profond du sous-arbre enraciné dans le nœud. La hauteur est directement liée à la saillance d'une région donnée de la paroi. Les surplombs ont une hauteur, c'est-à-dire une saillance, positive. Les spectres des différents paramètres explorés sur le parement rocheux sont représentés en [Fig. 6a], 6b et 6c. En [Fig. 6a], on voit le périmètre en fonction de la hauteur exprimée en mètres. En [Fig. 6b], on a représenté la hauteur, exprimée en mètres, en fonction de l'aire, exprimée en nombre de pixels. En [Fig. 6c], sont représentés les degrés de compacité en fonction de l'aire, exprimée en nombre de pixels. Sur ces trois figures, plus une caractéristique est représentée, plus la valeur du spectre est importante. On procède ensuite en deux temps pour, d'abord, extraire les surplombs rocheux, ensuite, sélectionner les blocs rocheux. a) Extraction des surplombs rocheux Les caractéristiques morpho-mathématiques et statistiques des différents éléments de l'arbre sont utilisées pour isoler les zones en situation de surplomb. Afin de définir les seuils, la matrice des surplombs rocheux cartographiés manuellement est croisée avec celle des surplombs cartographiés automatiquement. Un pourcentage de recouvrement découle de ce croisement. La cartographie est également évaluée visuellement en superposant la carte des surplombs à l'orthophotographie. On note qu'avec les critères sélectionnés suivants : - Aire (nb de pixels de 0.1 m2) comprise dans [1 ; 100] - Compacité > 0.25, - Hauteur > -0.05, on obtient les surplombs rocheux illustrés en , sur laquelle 86% des pixels identifiés sur l'orthophotographie comme appartenant à des surplombs sont cartographiés. Les 14% non identifiés sont des zones où il n'y a pas de points sur le nuage de points 3D, des pixels situés en périphérie d'un surplomb ou encore des zones où la saillance n'est pas suffisante. Seuls 4% des pixels identifiés manuellement comme des surplombs mais recouverts par la végétation ont été cartographiés automatiquement comme surplombs. Cette vérification qualifie la fiabilité de la méthode suivie et fournit les seuils souhaités. On peut passer maintenant à la sélection des blocs rocheux. b) Sélection des blocs rocheux Du fait de leur nature géologique, les blocs rocheux des coulées basaltiques se découpent principalement au niveau des fissures de refroidissement (diaclase). On considère une hypothèse forte de retenir les blocs rocheux ayant un rapport L/P ≤ 1, où L est la largeur du bloc et P, sa profondeur. Ainsi, les polygones dont la largeur est 1.1 fois supérieure à leur profondeur sont écartés. Ce filtrage peut avoir pour effet d'exclure de la sélection des blocs contigus et ressortant avec cette méthode comme un seul bloc avec, de ce fait, un rapport L/P>1. Le volume est estimé à partir de la saillance, dont le calcul a déjà été expliqué. Il correspond à la somme des saillances de chaque pixel lui appartenant, multipliée par la superficie d'un pixel. Dans une variante non illustrée, on estime le volume en multipliant la surface des pixels par la largeur du bloc, elle-même approximée comme identique à sa profondeur. La profondeur d’un bloc est connue du spécialiste, par exemple dans González de Vallejo L, Hernández-Gutiérrez L , Ana Miranda and Mercedes Ferrer Rockfall Hazard Assessment in Volcanic Regions Based on ISVS and IRVS Geomechanical Indices Geosciences 2020, 10, 220; doi:10.3390/geosciences10060220. Dans une autre variante non illustrée, on procède à deux estimations de volume par les deux méthodes précédentes, puis on en déduit une valeur moyenne et un écart type permettant de valider les volumes ainsi calculés. La montre la distribution des volumes des blocs identifiés (nombre de blocs en fonction du volume, exprimé en m 3 ). La médiane des volumes est de 0.045 m3, les quantiles à 17% et 83% sont égaux respectivement à 3x10 -4 m 3 et 1.53 m 3 , ce qui signifie que 50% des blocs délimités par la méthode correspondent à des blocs de moins de 50l, soit environ 120 kg pour du basalte. La profondeur de surplomb d'un bloc donné est approchée par le quantile à 83% des valeurs de saillance contenue dans le bloc délimité. La distribution des profondeurs des surplombs identifiés est représentée en (nombre de blocs en fonction de la profondeur de surplomb, exprimée en mètres). La profondeur médiane d'un surplomb est de 0.45 m. Les profondeurs de surplombs mesurées ne dépassent pas 1,6 m. Il n'y a pas de relation évidente entre taille des blocs et profondeur de surplomb. Phase 3 : Évaluation de la stabilité de chaque bloc individuel Le massif rocheux devient instable lorsque les efforts de traction, de flexion et de cisaillement dus à un déséquilibre géométrique ne peuvent plus être compensés par la résistance du matériau. On suppose que les blocs rocheux dans les basaltes se découpent par des fissures d'arrière-plan qui se développent à une distance équivalente à la largeur du bloc du fait d'un débit pseudo-hexagonal avec un élancement orthogonal à la surface d'écoulement. Cet enseignement est déjà connu de Aydin, A., Degraff, J., 1988. Evolution of Polygonal Fracture Patterns in Lava Flows. Science (New York, N.Y.) 239, 471–6. et de Goehring L. &Stephen W. M. Scaling of columnar joints in basalt. Journal of Geophysical Research, Vol. 113, B10203, doi:10.1029/2007JB005018, 2008. Dans ce cas, où la direction de pendage est quasiment coplanaire avec la direction de la paroi, l'assise des blocs est considérée perpendiculaire à la paroi. Alors, il est considéré que lorsque la profondeur du surplomb (P) est supérieure à la moitié de la largeur (L), le centre de gravité se trouve au-delà de la ligne de surplomb. Le bloc serait donc en équilibre instable. Après filtrage, le volume de ces blocs instables varie de 10 -3 à 10 m 3 , comme on le voit sur la , qui représente la distribution du rapport L/P en fonction du volume, exprimé en m 3 . Au-dessus de la ligne interrompue 9, les blocs sont considérés comme stables. En dessous, comme instables. Ces critères de stabilité seraient à adapter en cas de pendage défavorable, à savoir en cas de pendage aval, ou favorable, à savoir en cas de pendage amont, des surfaces d'assises des blocs. Les blocs considérés en équilibre stable et instable sont localisés sur la paroi de la . Les blocs en équilibre instable (L/P Une confrontation à un catalogue d'événements naturels permet d'associer une probabilité d'occurrence aux critères d'instabilité et permet une quantification probabiliste de l'aléa. Ainsi, parmi les douze détections de chutes de blocs, non naturelles car provoquées par des purges, plus de la moitié apparaissent avec un ratio largeur/profondeur Phase 4 : Détermination de l'énergie de chaque bloc L'intensité du phénomène de chute de bloc est quantifiée par l'énergie cinétique de l'événement. Plus l'énergie cinétique est importante, plus les dégâts occasionnés par l'impact du bloc peuvent être importants. Les dommages aux structures et les niveaux d'énergie sont liés de manière connue, notamment du guide MEZAP [2021]. L'énergie cinétique des blocs au premier impact est calculée en considérant que le bloc est en chute libre telle que : où m est la masse du bloc, v sa vitesse, ρ étant la masse volumique, égale ici à 2 650 kg/m3 pour le basalte, V le volume du bloc, g=9.81 m/s2 l'accélération de la pesanteur à la surface de la terre et H la hauteur de chute. La dissipation de l'énergie lors de la propagation, lors de rebonds ou de fragmentation à l'impact n'est ici pas considérée. La hauteur de chute est approchée par la différence d'altitude entre le pied de paroi et le barycentre du bloc en question. On note que de gros volumes peuvent se détacher de la partie inférieure de la paroi, comme de la partie supérieure. Les plus petits volumes (volume -2 m3, soit 10l), sont filtrés car ils correspondent à des blocs de dimensions décimétriques proches de la résolution (10cm) des analyses effectuées. La montre la distribution de l'énergie cinétique (en kJ) des blocs rocheux délimités et correspondant aux critères de sélection (profondeur > 0.9 largeur, volume 3 ). L’ordonnée de gauche représente la fréquence et l’ordonnée de droite, la fréquence cumulée. Les blocs considérés en équilibre instable (L/P Sur les , 14 et 15, on a localisé les blocs considérés comme instables sur la paroi étudiée. La montre les blocs dont le rapport longueur/profondeur est compris entre 1,2 et 2 ; la entre 1 et 1,2 ; la en dessous de 1. En synthèse, le procédé décrit s'appuie sur 1. La description du relief d'une paroi ; 2. Identifiant la notion de saillance des blocs en paroi ; 3. Délimitant les entités en situation de surplomb ; 4. Utilisant un algorithme de calcul issu de la morphologie mathématique ou de la géomorphométrie pour délimiter les contours de l'entité en surplomb ; 5. Utilisant une discrétisation de données 3D ponctuelles, nuage de points rassemblés 2.5D ou d'éléments volumiques 3D, notamment voxel cubique ou prismatique, tétraédrique ou méthode de géométrique potentiel [dite meshfree] ; 6. Calculant le ratio entre un estimateur de la largeur de l'entité délimitée et un estimateur de l'amplitude du surplomb ; 7. Identifiant un estimateur de la position de l'entité ; 8. Décrivant une métrique de taille de l'entité [notamment la hauteur, la largeur, la surface, le volume] ; 9. Rapportant cette métrique de taille à une métrique d'altitude pour inférer l'énergie notamment potentielle ou cinétique de l'entité à une position d'altitude inférieure. Le procédé selon l'invention trouve une application industrielle dans les usages suivants : - Orientation des actions de purge ou des travaux de sécurisation sur une paroi étendue à l'aide d'une cartographie des blocs instables. - Définition statistique de volume de référence d'instabilité utile au dimensionnement de parade de protection contre les chutes de blocs. Ce critère de dimensionnement est préconisé, par exemple, dans le guide C2ROP et n’est que rarement déterminable à partir d’inventaire d’événements, très généralement insuffisamment exhaustif. Le procédé de l'invention permet d'individualiser et de caractériser des blocs en situation de surplomb. Le procédé est avantageux pour plusieurs raisons : - Il repose sur une chaine de traitements relativement rapide ; - Les résultats sont objectifs et reproductibles ; - Il est adapté aux parois volcaniques ; - Il fournit des informations pertinentes à l'échelle du bloc et du versant pouvant servir à caractériser l'aléa et dimensionner des parades de protection. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. D'autres opération pourraient être combinées au procédé sans sortir du cadre de l'invention, comme l'intégration des variations lithologiques (autres que volcaniques) et de la géométrie des coulées pour permettre d'apporter des éléments naturalistes pour définir la stabilité des blocs et de la paroi. Procédé de caractérisation d'un risque de chutes de blocs se détachant d'une paroi rocheuse d'échelle hectométrique composée d'empilements de roches volcaniques constituées d’alternance de coulées basaltiques massives et de niveaux d’inter-coulées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - délimiter (2) des blocs en surface de la paroi rocheuse à partir des données topographiques tridimensionnelles denses, par segmentation hiérarchique par ligne de partage des eaux, - évaluer (3) la stabilité de chaque bloc individuellement en comparant sa profondeur de sous-cavage à son centre de masse. Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel les données topographiques comprennent des points dont la densité est de l’ordre de 2.5% à 5% de la hauteur des bancs, avec une densité pouvant notamment atteindre 400pts/m² sur 95% de la paroi avec une proportion cherchant à égaler ou excéder 1600 pts/m². Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les étapes du procédé sont réitérées de manière régulière, par exemple une fois par an. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, dans lequel les données topographiques 3D sont acquises par méthode lidar ou photogrammétrique ou radargrammétrie. Procédé de caractérisation selon la revendication 2, dans lequel on effectue une approximation spatiale des coordonnées des points en utilisant une discrétisation des données tridimensionnelles sous la forme d’une grille 3D ou 2,5D, auquel on applique le traitement de délimitation des blocs. Procédé de caractérisation selon la revendication 5, dans lequel on applique, dans la grille 3D ou 2,5D, un référentiel d'axes cartographiques ou ajusté localement à la paroi. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, dans lequel la stabilité d'un bloc est évaluée comme insuffisante si le bloc a un rapport L/P Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, et 7, dans lequel, une fois les blocs instables identifiés, on détermine (4) l'énergie de chaque bloc s'il venait à tomber en pied de paroi.