Levés topo-morphologiques

Généralités

Les levés topographiques sont généralement effectués lors des marées basses de vives eaux (pour les sites méso- et macro-tidaux) afin de maximiser la couverture spatiale des mesures. Différents systèmes de coordonnées géographiques sont utilisés, dépendamment du système de référence pour le site considéré (tableaux II et III). Pour la France métropolitaine, le système géodésique légal est le RGF93 avec projection en Lambert 93. Le système IGN69 est utilisé comme système d’altitude, dont le niveau zéro diffère bien souvent du niveau moyen de la mer. Dans de rares cas, les données sont exprimées dans un référentiel local, celui-ci devant être clairement défini dans les fiches de métadonnées. Il s’agira par exemple du cas de MNT de fronts de falaises, qui peuvent difficilement être exprimés sur une grille horizontale du fait de la verticalité de l’objet mesuré. Le suivi de falaises utilise également des nuages de points 3D pour pallier à cette limite.

Zone	Système géodésique	Ellipsoïde	Projections	Code EPSG
France métropolitaine	RGF 93	IAG GRS 80	Lambert 93	2154
Guyane	RGFG95	IAG GRS 80	UMT 21 & 22 nord	2972
Martinique	WGS84	IAG GRS 80	UTM 20 nord	4559
Mayotte	RGM04	IAG GRS 80	UTM 38 sud	4471
Réunion	RGR92	IAG GRS 80	UTM 40 sud	2975

Zone	Type	Système
France continentale	Normale	IGN 1969
Guyane	Orthométrique	NGG 1977
Martinique	Orthométrique	IGN 1987
Mayotte	Orthométrique	SHOM 1953
Réunion	Orthométrique	IGN 1989

La couverture et la résolution spatiale des levés sont définies par le coordinateur du site et doivent être pertinentes par rapport à la dynamique et à la morphologie. Il est recommandé d’utiliser une emprise et une résolution constante lors des levés dans le but de faciliter leur inter-comparaison (ex. production de différentiels et bilans sédimentaires). La résolution la plus haute recommandée pour la donnée diffusée (c.-à-d. l’espacement entre points minimum) est de 1 m. Celle-ci permet dans la majorité des situations une représentation fidèle des morphologies observées tout en étant peu gourmande en volume (quelques Mégaoctets tout au plus), et donc facile à manipuler. Certains suivis, comme les fronts de falaises, sont amenés à utiliser des résolutions plus fines pour distinguer fractures, chutes de blocs, etc.

Techniques employées

Les techniques et méthodes utilisées pour l’acquisition et le traitement de données topo-morphologiques en domaine littoral, et plus largement dans les Géosciences, ont connu un essor considérable ces dernières décennies avec tout d’abord le développement du positionnement par satellite temps-réel (GNSS-RTK) puis l’apparition et l’utilisation grandissante de techniques nouvelles basées sur la télédétection telles que le LiDAR (Light Detection and Ranging) et la photogrammétrie, que ce soit par moyen terrestre ou aéroporté (ex. drone). Ces techniques modernes d’acquisition de la donnée sont désormais largement utilisées dans les suivis du SNO et n’ont cessé de faciliter la collecte des données sur le terrain, ainsi que leur traitement. Ces évolutions ont un effet positif sur la couverture et la résolution spatiale des données, ainsi que sur la stratégie d’échantillonnage dans le temps, favorisant de manière générale des suivis à haute-résolution.

Plusieurs méthodes d’acquisition de la donnée sont donc utilisées dans le cadre des suivis du SNO DYNALIT, ceci afin de répondre aux différentes conditions rencontrées sur les sites, en termes de facilité d’accès, de morphologie et d’emprise spatiale par exemple. Les méthodes communément utilisées comprennent i) des levés topographiques point par point le long d’un profil transverse à la plage ou le long d’une élévation de référence au GNSS-RTK, éventuellement monté sur une plateforme mobile telle qu’un quad, ii) des levés topographiques surfaciques à l’aide de méthodes de télédétection active telles que le LiDAR (terrestre ou aéroporté), iii) des levés topographiques surfaciques à l’aide de méthodes de télédétection passive telles que la photogrammétrie aéroportée (généralement un drone) et terrestre (pour le suivi de falaise), ainsi que iv) des levés topographiques surfaciques de l’estran par caméra-vidéo, méthode pour laquelle différents protocoles de traitement existent.

Photos de techniques d’acquisition (GNSS, drone, LiDAR) / Plan de vol drone

Qualité des données

Différentes métriques peuvent être utilisées pour représenter les erreurs présentes dans les données et évaluer la qualité de mesures topographiques. Il s’agira principalement du biais (erreur moyenne), de l’écart type des erreurs (précision) et de l’erreur quadratique moyenne (précision globale englobant les deux précédentes métriques). Les erreurs verticales sont ciblées dans les analyses, dès lors que ce sont les changements verticaux qui caractérisent les évolutions morphologiques et puisque la présence d’erreurs horizontales dans un modèle topographique résulte généralement en des erreurs verticales. Le protocole utilisé pour estimer les erreurs de mesures dépend de la méthode d’acquisition des données, mais il repose de manière générale sur une comparaison avec une vérité terrain (ex. certains points stables mesurés au GNSS-RTK). Les erreurs sont ensuite propagées en vue de quantifier l’incertitude pour une application donnée. Pour la production de différentiels entre deux levés, dans le but par exemple de distinguer les zones en érosion de celles en accrétion et d’établir un bilan sédimentaire, les erreurs verticales sont propagées en quadrature menant à l’estimation d’un niveau minimum de détection des changements morphologiques (minLOD). L’utilisation du minLOD permet de distinguer les vrais changements morphologiques du bruit et des erreurs dans les mesures, prenant en compte l’incertitude qui en résulte. Il est généralement admis que le niveau minimum de détection atteint lors de levés topographiques en zone littorale pour les différentes méthodes d’acquisition utilisées est compris entre 0.1 et 0.2 m.

Schéma représentation des erreurs verticale de mesure et minLOD

Développements méthodologiques

Par ces activités, le SNO contribue au développement des méthodes d’acquisition de la donnée, avec par exemple la photogrammétrie et le LiDAR terrestre assistés par RTK-GNSS pour le suivi de falaises (Letortu et al., 2018; Jaud et al., 2017, 2020), la photogrammétrie smartphone (Jaud et al., 2019) et l’utilisation d’une caméra-vidéo pour la production de MNT à haute-fréquence (Soloy et al. 2021), mais également des protocoles d’évaluation et de minimisation des erreurs (Bertin et al. 2022). Ces innovations méthodologiques répondent au besoin des chercheurs et leurs partenaires (ex. collectivités publiques) d’avoir accès à des méthodes fiables à faible coût et facilement déployables, comme dans le cadre de suivis participatifs. D’autres développements méthodologiques visent à améliorer la capacité d’utilisation de données satellitaires (ex. Pléiades) pour le suivi des sites-atelier (Letortu et al., 2020) ou bien à permettre un traitement plus aisé de la végétation présente sur les dunes en combinant LiDAR à retour d’onde complet et caméra hyperspectrale (Frati et al., 2021).