Observations stéréoscopiques pour caractériser l’érosion éolienne des surfaces enneigées et l’érosion hydrique des sols nus

Titre : Observations stéréoscopiques pour caractériser l’érosion éolienne des surfaces enneigées et l’érosion hydrique des sols nus

Laboratoire de rattachement : collaboration entre LGGE et LTHE

Encadrant : L. Arnaud
Co-Encadrants : C. Legout (LTHE), G. Picard (LGGE)
Equipes : CLIPS-LGGE et RIVER-LTHE

Téléphone : 04.76.82.42.18

Mots clés : neige, hydrologie, stéréovision, instrumentation

Contexte et objectifs de la mission de stage :

L’érosion naturelle est une source importante de changement des propriétés des surfaces continentales. Dans le cas de la neige en Antarctique, le vent érode et accumule de la neige en surface et sculpte ainsi des formes particulières (rides, vagues, zastrugis, barkhanes...) qui ont une influence sur l’albédo de la surface et la longueur de rugosité aérodynamique, et donc sur le bilan d’énergie de surface.
Dans le cas des sols, le travail du sol puis l’action des gouttes de pluie ou du ruissellement font évoluer la rugosité qui a une influence sur la génese et l’hydraulique du ruissellement ainsi que sur la dynamique de l’érosion associée.
Même si la neige et le sol relèvent de problématiques scientifiques différentes, les techniques d’observation de la forme de la surface – ou plus précisément du modèle numérique d’élévation de la surface (MNE) – sont similaires. Parmi ces techniques, la stéréovision, qui consiste à acquérir 2 images sous des angles ou écarts légèrement différents d’une même zone (comme la vision oculaire), apparaît comme une technique adaptée au suivi temporel du MNE sur le terrain.

Pour mettre en œuvre cette technique, nous avons développé un système constitué de deux appareils photos visant la surface à la verticale et permettant d’acquérir toutes les heures des couples d’images. Afin d’augmenter le contraste des reliefs des surfaces enneigées, les appareils photos sont modifiés pour travailler dans le proche Infra-rouge (au dessus de 850 nm). Ce système robuste sera installé au col de Porte à partir de l’automne 2012 ? et fera des acquisitions pendant une saison hivernale sur la neige et printanière sur le sol nu.

L’objectif du stage est d’utiliser ces couples d’images pour reconstituer le modèle d’élévation de la surface, puis d’analyser les séquences d’image pour quantifier les changements en surface.

Dans la première partie du stage, il s’agira de mettre en œuvre un protocole de mesure par stéréovision (i.e. prise de vue et traitement des images) pour notre configuration particulière et pour les milieux considérés. Une partie importante du travail consistera à « calibrer » les couples, c’est à dire à déterminer les paramètres intrinsèques des appareils photos et ceux de la configuration géométrique. Pour cela, le stagiaire réalisera, testera et améliorera des expériences sur notre site d’étude alpin pour obtenir une calibration précise. Il réalisera ensuite la reconstruction de tous les couples (1 par jour par exemple), ce qui impliquera l’automatisation des taches dans le logiciel spécialisé. La séquence de MNE ainsi produite permettra ainsi une analyse de l’évolution temporelle. Il s’agira essentiellement de calculer des indicateurs caractéristiques de la surface (rugosité, anisotropie, texture, …) et d’interpréter leurs évolutions temporelles en relation avec les facteurs environnementaux (précipitation neigeuse, vent, précipitation liquide, …). Des expériences « d’érosion artificielle » (c’est à dire ratissage, arrosage, …) pourront aussi être réalisées pour mieux valider les méthodes développées pendant le stage.

L’instrument sera ensuite mise en opération en Antarctique fin 2012.

Ce stage se déroulera en collaboration entre le LGGE et le LTHE et est soutenu par l’ANR MONISNOW qui s’intéresse à l’observation de l’évolution de la neige.