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Falaises de Fontaines-Bénites à Saint-Christophe-en-Oisans (38), Expérimentation d’un suivi de l’évolution des falaises par scanner laser
Etude et rapport
Edité par Cerema. Bron - 2022
Commanditaire : Département de l'ISERE
L’expérimentation d’un suivi de l’évolution des falaises de Fontaines-Bénites par comparaison de nuages de points a été menée à partir de nouvelles acquisitions de modèles 3D par scanner laser réalisées en 2022 depuis deux points de vue (fond de vallée et depuis le versant opposé) et d’un précédent modèle acquis en 2018. Une méthodologie de traitement des nuages de points pour ce site a été proposée et testée sur ces nuages. Elle consiste en une détection de changements à l’échelle de la falaise complète et une analyse locale de certaines zones particulières, l’étude détaillée de toutes les instabilités relevées par la SAGE (plus de 200) n’étant pas réalisable. Plusieurs difficultés ont été relevées : - La zone étudiée des falaises de Fontaines-Bénites est vaste et la taille des nuages de points bruts (autour de 200 millions de points) rend les traitements difficiles puisque la limite de capacité de traitement des ordinateurs est rapidement atteinte. - La végétation est présente dans la scène, y compris sur les zones de falaises. Cela conduit à devoir nettoyer la végétation numériquement mais l’analyse reste perturbée d’une part par l’évolution de la végétation qui occulte ou rend visible des zones entre acquisitions, et d’autre part par le reliquat de végétation qui ne peut pas être enlevé automatiquement et qui ajoute du bruit. - Si le point de vue des acquisitions successives n’est pas approximativement le même (tolérance de 0,5 m), les zones scannées diffèrent et l’analyse des distances ne permet pas ensuite de discriminer les zones comportant des modifications morphologiques notables. Par ailleurs, il a été mis en évidence la nécessité de réaliser l’acquisition des zones dont on veut précisément suivre l’évolution de telle façon que le faisceau laser soit le plus perpendiculaire possible aux surfaces étudiées afin de disposer d’une densité et d’une précision satisfaisantes de points. Les performances de détection de la méthode développée, les résultats obtenus lors de la comparaison des nuages acquis en 2018 et 2022 et les propositions pour la réalisation d’un suivi de la falaise à l’aide de nuages de points acquis par scanner laser sont successivement résumés dans la suite. Avec la méthodologie de traitement proposée à partir des nuages de points sans la végétation et recalés entre chaque acquisition, nous avons établi les capacités de détection d’éventuels changements à l’échelle du nuage entier (sans s’intéresser spécifiquement aux compartiments rocheux potentiellement instables connus au préalable), : Détection des zones de changement où la distance entre les nuages est supérieure à 0,5 m : la surface des zones détectables varie en fonction de la densité de points d’acquisition (la surface détectable diminue si la densité de points augmente). Identification des zones de changement où la distance entre les nuages est inférieure à 0,5 m (à partir de 0,06 m) uniquement au niveau des zones verticales de falaise pour les zones. Enfin, plus localement, l’étude de la distribution des distances au niveau des compartiments rocheux potentiellement instables et très volumineux identifiés par la SAGE en 2019, ainsi que dans leur voisinage, a été proposée pour détecter une évolution relative à partir des modèles acquis depuis le point dans le versant opposé (pic de la gaussienne de la zone potentiellement instable décalé de 3 à 4 cm). Les performances en termes de résolution de détection à l’aide des acquisitions par scanner laser et de la méthodologie développée sont a priori supérieures à celles attendues d’une auscultation des mêmes falaises par interférométrie radar terrestre. Concernant la comparaison des deux nuages acquis depuis le fond de la vallée en 2018 et en 2022, la détection fine des modifications morphologiques notables n’a pas été possible. En effet, les positions d’acquisition étaient trop éloignées, le point d’acquisition 2018 n’étant pas connu avec précision. Cependant, avec l’analyse des distances modérées entre nuages, une zone éboulée entre les deux dates de quelques m² peut être détectée au niveau du talus surplombant la route d’une superficie d’environ 5 m2 : elle correspond à l’instabilité potentielle T21 (tout ou partie) identifiée en 2019 par le bureau d’études SAGE. Par contre, aucun mouvement significatif n’a pû être détecté au niveau des trois compartiments i17, i37 et i59 entre 2018 et 2022. Pour un suivi sur plusieurs années de l’évolution des falaises de Fontaines-Bénites par scanner laser terrestre, nous préconisons de privilégier le point d’acquisition P2 situé sur le versant opposé : il permet une acquisition relativement perpendiculaire par rapport aux falaises visées. Nous proposons également de définir et matérialiser le point d’acquisition in situ pour un repositionnement plus aisé : par exemple avec un clou d’arpenteur (le point d’acquisition se situe en dehors de la limite du parc national). La résolution angulaire d’acquisition utilisée, soit 0,005 degrés, permet de dériver la méthode de détection de changements et est un bon compromis entre densité de points et nombre de points total du nuage. Dans le cas où des mouvements significatifs (d’une amplitude d’au moins quelques millimètres) seraient détectés par la méthodologie proposée au niveau de compartiments rocheux identifiés au préalable (Cf Etude SAGE), la levée de doute pourrait demander une instrumentation complémentaire comme l’installation de prismes pour un suivi topométrique classique ou de fissuromètres plus précis).