Géométrie 3D des lits de rivière par stéréophotogrammétrie à travers l'eau

Abstract

soutenue en 2008 et publiée en 2009 du fait des délais de double publication dûs à la double tutelleEnvironmental questions are of a growing concern for public opinion as well as for national and international policies. A striking example is the one of the rivers : focusing multiple issues from which highly strategic ones (energy, irrigation), usage of their waters lead to a particularly fine compromise. In most commons approaches, state and function of this hydrosystem is described by measuring physical variable or by establishing relationships between variables of interest and physical parameters (hydraulical models, hydrobiological models). The aim of this thesis is hence to propose an answer to the problem of measuring river geometry by remote sensing. We first detail the specific context of river systems and establish a state-of-the-art of remote sensing methods, which shows a lack for light stereo-based methods. Then, we propose a full image acquisition and processing method allowing estimation of river immersed topography. This works involves the use of cheap and light hardware which makes it possible to be used flexibly. Classical stereorestitution methods have been adapted to the specific context of through-water photogrammetry. Finally, refraction correction methods integrating a priori knowledge (hydraulic and spatial consistency) have been developed. This method has been applied on a shallow, gravel-bed river and the accuracy and precision of immersed relief estimation is found to be compatible with requirements of hydrobiological models. We hence developed, tested, and validated an original method for estimating river 3D geometry which can supplement existing ones.Les considérations environnementales occupent une place croissante dans l'opinion publique ainsi que dans les politiques nationales et internationales. Le cas de la rivière en est un exemple particulièrement frappant : au centre d'enjeux multiples et pour certains hautement stratégiques (énergie, irrigation), elle est le théâtre d'un conflit d'usages donnant lieu à l'établissement de compromis particulièrement fins pour la gestion de la ressource. Dans les approches les plus courantes, la description de l'état et du fonctionnement d'un hydrosystème tel que celui de la rivière est effectuée par la mesure de variables physiques ou la mise en relation des variables d'intérêt avec les paramètres physiques quantifiables caractérisant le milieu (modèles hydrauliques, modèles hydrobiologiques). L'objectif de ce travail est donc de proposer une réponse à la question de la mesure de la géométrie de la rivière par télédétection. On s'attache tout d'abord à décrire le contexte particulier de la rivière mentionné plus haut puis à effectuer un état de l'art faisant ressortir une lacune pour la restitution du relief immergé par stéréo à travers l'eau avec des moyens légers. On propose ensuite une méthode complète d'acquisition d'images et de traitements permettant d'estimer le relief immergé de rivière. Le travail effectué repose sur la mise en oeuvre de moyens technologiques légers permettant une grande flexibilité pour l'acquisition des données. On se base sur les méthodes de stéréorestitution du relief, pour lesquelles on propose une adaptation au contexte spécifique de la photogrammétrie à travers l'eau. Enfin, on met en place des méthodes de correction des mesures brutes intégrant des contraintes a priori (cohérence hydraulique ; cohérence spatiale) pour la correction de l'effet de réfraction. L'application de la méthode développée en conditions opérationnelles sur une rivière peu profonde à fond de galets montre que la mesure du relief immergé par stéréophotogrammétrie est possible, et permet une représentation de la topographie du lit d'une qualité compatible avec les modèles hydrobiologiques (modèles habitat-poisson). On a ainsi développé, testé, validé et determiné les conditions d'application d'une méthode de mesure de la géométrie de la rivière par télédétection originale et complémentaire des technologies existantes