2009_LEROUX Jerome_UR1_Rennes
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1. Les param tres antagonistes aux param tres de pente et de d bits sont ce qui caract rise le mat riel rod s et l environnement dans lequel le m andre volue On retiendra que la nature de roches rod es et sa granulom trie influence l rosion et donc la migration des berges Les sables et les graviers non coh sifs sont plus sensibles l rosion que d autres mat riaux comme Pargile alors que la granulom trie des berges aura un impact sur le coefficient de r sistance la migration plus la granulom trie est forte plus la r sistance est grande d apr s Nanson et Hickin 1986 7 Page 2 Objet d tude l Ucayali 2 1 Caract ristiques Avec une surface de bassin versant de plus de 6 million de km le bassin Amazonien apporte 209 000 m s en moyenne par an l oc an Atlantique Molinier et al 1996 Ce bassin versant repr sente 76 de la superficie du P rou o se trouve le bassin versant du Rio Ucayali Le rio Amazonas au P rou est issu de la jonction entre les rios Mara n et Ucayali L Ucayali est donc l un des plus important contributaire de Amazone avec un d bit moyen l ann e de 14 000 m s avec un bassin versant de 360 500 km Espinoza et al 2006 Le Rio Ucayali prend sa source dans les Andes P ruviennes 5597 m tres totalisant une longueur de 2885 km d altitude depuis la source d Apurimac jusqu sa confluence avec le Mara n Mais l Ucayali prend sa v ritable2. UNIVERSIT DE pe EUR GEOsciences IRD Z de pour le d veloppement Rapport de stage de Mater 1 La dynamique des m andres du rio Ucayali J r me Leroux Encadrant de stage au P rou Alain Crave Correspondant universiataire St phane Bonnet Effectu au laboratoire d observation HyBAm IRD P rou Rapport de stage de Master 1 H3 Universit de Rennes 1 Rendu le 15 06 09 Ann e universitaire 2008 2009 R sum La dynamique des m andres est un vaste sujet d tude o les recherches se font aussi bien du point de vue naturaliste que du point de vue num rique Cette tude tend mettre en vidence les d placements des rios m andr s du bassin Amazonien et de corr ler leurs d placements avec les param tres de contr le qui vont influencer la migration d une rivi re m andre Pour mettre en place la m thode de travail le rio Ucayali a t tudi car il pr sente de tr s forte migration de m andre le long de son cours notamment pr s de la ville de Pucallpa P rou Etant gratuites et de fortes fr quences de prises de vue les images satellites MODIS ont t retenue pour cette tude malgr leurs r solutions assez faibles de 250 m tres et la pr sence constante de nuages sur les images satellites L utilisation du logiciel eCognition permis de mettre en place une m thode d extraction rapide de l objet rivi re gt et d en calculer toutes les caract ristiq
3. La tendance vers l Ouest est moins prononc e pour les points d inflexion que pour les apex Tableau 1 R sum des donn es calcul es sur la migration des m andres Sinuosit sur la totalit du tron on 2 04 Surface rod km 182 830 60 9 Surface d pos km 242 097 80 7 Vitesse de migration moyenne des apex m an 211 70 Vitesse de migration moyenne des points d inflexion m an 152 51 Les surfaces d rosion et de d position rapport es la longueur de m andres montrent une sym trie entre ces deux processus Seule une surface de d position n est pas compens e par l rosion sur l autre berge Il s agit en faite d un m andre coup Comme le trac du cours d eau en 2000 ne se superpose pas au trac de 2005 la partie du m andre en 2000 est consid r comme une surface de d position On peut comparer cette m thode la m thode propos par Constantine qui vise rapporter la surface d rosion ou de d position au p rim tre de cette surface Ici la surface est rapport e la longueur du m andre Outre l indication des forts taux d rosion ou de d position un endroit de la rivi re ce rapport nous donne une estimation de la migration sur la longueur du m andre puisque le rapport donne un r sultat en m tre On voit donc travers la figure 11 la corr lation entre les lieux de fortes migrations des m andres symbolis par la migration des ape
4. sence d un m andre abandonn et d un affluent l amont vont faire augmenter l hydrologie du cours d eau l aval entrainant des contraintes plus importantes sur les berges et donc des migrations importantes Ces hypoth ses devront tre v rifi es par les donn es de d bits et de pente La premi re corr lation de la migration des m andres avec le param tre g om trique de la sinuosit est prometteuse mais devra tre appuy par d autres donn es de corr lation L utilisation du logiciel eCognition permet de traiter de nombreuses donn es d imagerie satellites Toutefois l tude repose sur l utilisation des images MODIS Malgr la mise en vidence qualitative des d placements des m andres sur l Ucayali la quantification de ses d placements devra tre confirm e par l utilisation d un autre type d imagerie satellites Parmi celle ci les images LANDSAT semble le candidat id ale avec une r solution d image de 30 m tres Cette nouvelle tude confirmera ou infirmera l utilisation des images MODIS et permettra ou non d appliquer cette m thode d autres rivi res m andres tr s nombreuses dans le bassin Amazonien 17 Page Bibliographie Brice J C Evolution of Meander Loops Geological Society of America Bulletin vol 85 p 581 586 1974 Constantine Examining the physical meaning of the bank erosion coefficient used in meander 2008 Daupras F Quantification des d placement
5. 250 metres i A ar N ED D deposition N LT m Ke Fig 3 M thodes des polygones sur la rivi re Dabe NW Angleterre Hooke 2006 4 Rotation Fig 4 Modes de migrations des m andres 1 3 Param tres de contr le de la migration des m andres Les param tres pouvant contr ler la migration des m andres peuvent tre distingu en 3 groupes Les variables g om triques du chenal de la rivi re qui vont voluer avec les migrations mais aussi avoir un contr le sur la migration Les param tres de contraintes sur la migration des m andres hydraulique pente Les param tres de r sistances r sistances des berges g ologie granulom trie des s diments rod s ou d pos s Ces param tres seront d velopp s dans la suite de cette partie 6 Page 1 3 1 G om trie des m andres Hormis les vitesses de migrations la g om trie des m andres peut tre facilement mesur e partir des images satellites ou photos a riennes Ainsi on pourra calculer la sinuosit la longueur d onde le rayon de courbure la largeur du chenal et les coordonn es spatiales des points caract ristiques du m andre les points d inflexion et les apex Fig 5 Apex Amplitude L Longueur de rivi re Longueur d onde ou longueur gt entre deux sommet Point d inflexion A R Rayon de courbure W Largeur de la Rivi re Fig S Param tres g om trique
6. d une rivi re m andres Ces variables pourraient avoir une influence sur la vitesse de migration des m andres d apr s les auteurs Parmi les diff rentes observations deux sont retenir Le rapport entre le rayon de courbure et la largeur du chenal aurait un impact sur la vitesse de migration La valeur maximum de migration teint atteinte pour un rapport gal 3 Hickin et Nanson 1975 et pour des valeurs inf rieures ou sup rieures la vitesse de migration diminue D autres auteurs mettent en avant une sinuosit critique de 3 14 laquelle la rivi re m andr e ne pourra plus migrer Hooke 2007 1 3 2 Param tre de contraintes et de r sistances Contraintes La pente et le d bit sont les deux principaux param tres qui vont influencer la dynamique d une rivi re et la migration d un m andre En effet la pente de la rivi re influence le taux de migration des m andres car un d bit constant la vitesse de migration augmente lorsque la pente augmente Nanson et Hickin 1986 Leopold et Wolman 1960 ont tablit une formule empirique reliant la pente S au d bit de plein bord Q S 0 06 0 1 Si la pente est inf rieure une valeur limite pour un d bit donn alors la rivi re sera m andres En outre la migration des m andres atteindra son maximum lors des crues puisque la contrainte cisaillante et la puissance hydraulique y sont au plus fort Hickin et Nanson 1975 R sistances
7. de zones habit s Rapp et Abbe 2003 Toutefois la compr hension de l organisation d une rivi re reste faire car on ne sait toujours pas pourquoi une rivi re va d velopper une sinuosit tr s importante et allonger sa longueur pour parcourir une faible distance La compr hension de la dynamique des m andres fait donc l objet de recherche aussi bien du point de vue analytique Hooke 2006 que du point de vue num rique Lancaster et Bras 2002 Seminara 2006 avec l laboration de mod le num rique Ces deux approches ont pour m me objet une rivi re d veloppant une g omorphologie particuli re faite de courbes sinueuse o les processus d rosion et de d position sont tr s h t rog nes Ces diff rents processus induisant un dynamisme plus ou moins fort selon le contexte local En effet localement certains param tres vont influencer la vitesse de migration des m andres Ils sont observ s et suivis pour les objets naturels ou servent de variables dans les mod les num riques L approche d velopp e pour ce stage consiste mesurer la migration des rivi res m andres ainsi qu mesurer d autres param tres intrins ques la partie de la rivi re mesur Ces deux mesures permettront d observer des corr lations entre les vitesses de migrations et les param tres qui vont jouer sur cette migration L observatoire de recherche en environnement HyBAm IRD a pour objectif la compr hension du contr le g od
8. for delineating channel migration zones Ecology Final Draft Publication 136p 2003 Seminara G Meanders J Fluid Mech vol 554 2006 Site web pour caract ristiques MODIS http modis gsfc nasa gov about https Ipdaac usgs gov Ipdaac products modis_ overview Manuel d utilisation du logiciel eCognition 18 Page
9. trois images satellites diff rentes dans leurs date de prise de vue Malgr que l on puisse voir et qualifier la migration des m andres de Ucayali avec les images GoogleEarth il est difficile de la mesurer dans le cas de la fig 8 Il est donc n cessaire d utiliser d autres donn es d images satellites prisent des temps diff rents connus ce qui nous permettra de calculer des vitesses de migration de m andre 9 Page 3 Donn es et M thodes 3 1 Images satellites MODIS Les images MODIS sont issues d instrument embarqu sur deux satellites les satellites Terra EOS AM et Aqua EOS PM MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroadiometer est un instrument spectroradiom trique install e bord des deux satellites qui permet d obtenir des donn es et des images satellites La surface de la Terre est survol e tous les 1 2 jours MODIS enregistre des donn es d une haute sensitivit radiom trique compos de 36 bandes spectrales allant de 0 4um 14 4um Infrarouge avec une r solution maximum de 250m Avantages L atout principal des images MODIS est qu elles sont gratuites il est donc possible de construire une base de donn es sur plusieurs ann es et pour des zones g ographiques tendues D j g or f renc es ces images ont t disponibles dans les bases de donn es Hybam Limites Mais l un des probl mes principaux inh rents aux images satellites est la pr sence permanente de n
10. A Aus m H Mia Tr Les l ln Lapak HHHH saje Lerht A PAPE mme gp re 0 10 20K 32101233210123 32101233210123 sini m en km en km en km en km en km Nouveau points d inflexion ou apex cr ou disparue entre l ann e 2000 et 2005 A B C D E Figure 11 Mise en vidence de la migration de la rivi re Ucayali sur 5 ans Tron ons d tude de la rivi re Ucayali B D placements en km des points d inflexion des m andres selon la composante Ouest Est C D placements en km des points d inflexion des m andres selon la composante Nord Sud D D placements en km des points d apex des m andres selon la composante Ouest Est E D placements en km des points d apex des m andres selon la composante Nord Sud F Surfaces d rosion et de d position normalis la longueur du m andres Les pourcentages situ s dans les camemberts sont tablies en sommant les d placements vers les directions g ographiques Les S graphiques tant repr sent s par rapport la longueur totale du tron on tudi de la rivi re Ucayali 13 Page 4 R sultats au 15 06 09 4 1 Mise en vidence de la migration Les d placements des points d inflexion et des apex montrent une tendance vers le Nord Ouest Les pourcentages de d placement ont t calcul s en sommant les distances de d placement Ces pourcentages r v lent une tendance g n rale des points d inflexion et des apex vers le Nord
11. On remarquera sur la figure 11 les surfaces d rosion et de d position entre deux point d inflexion ont t normalis par rapport la longueur de cours entres les points d inflexions Ceci afin de comparer les m andres entre eux quelque soit leurs longueurs Enfin le param tre g om trique de la sinuosit a t calcul entre chaque point d inflexion Comme les longueurs de cours d eau et les coordonn es des points d inflexion sont diff rents de l ann e 2000 2005 la longueur de la rivi re de l ann e 2003 t retenue pour pouvoir calculer les demi longueurs d ondes entre chaque point d inflexion Les coordonn es m dianes des points d inflexion ont aussi t calcul es Cette m thode ayant t retenue compte tenu de la faible r solution de l image En effet les images composites faites partir de plusieurs images satellites taient tr s in gale du point de vue de leurs qualit s et surtout de leurs r solutions On remarquera sur la figure 10 les surfaces d rosion d position en forme d escalier du fait de la r solution de l image 12 Page Points d inflexion Apex des Surface Erosion des m andres m andres et D position OUEST EST SUD NORD OUEST EST SUD NORD D L A Longueur Longueu Longueur Longueur Longueur de rivi re 764 km de rivi r 764 km de rivi re de rivi re 764 km de rivi re 764 km R choper Le Sens d coulement Fe En
12. d nomination de la confluence entre les rios Tambo et Urubamba jusqu sa confluence avec le rio Mara n Sa longueur de cours d eau appoximative est de 1600 km Fig 6 PEROU Am rique de Sud LEGENDE Rivi re NE Elev e 6228 Paciiique Altitude Faible 32 Fig 6 Topographie du P rou et Rios P ruvien 8 Page 2 2 Premi re mise en vidence de migrations Pourquoi s int resser au rio Ucayali Car des tudes pr liminaire au sein de l observatoire HyBAm ont d j mis en vidence sont d placement l chelle de l ann e Daupras F 2006 Il a t calcul une sinuosit de rivi re de 1 96 qui correspond bien une rivi re de type m andre De plus l observation simple de ce rio gr ce l outil GoogleEarth montre des plaines alluviales tr s r cemment rod es et d pos es et la pr sence de nombreux m andres coup s devenus des lacs o la dynamique de migration n a plus lieu Fig 3 Anciens Point Bar Cours d eau principal M andres abandonn Fig 7 Plaine alluviale montrant la migration active de la rivi re Une autre image int ressante montre des diff rences dans la localisation du cours du rio partir d une seule image GoogleEarth issu de la mosa que de plusieurs images satellites prise diff rentes p riodes Fig 8 A gauche l image GoogleEarth et droite l interpr tation de l image avec la mise en vidence des
13. e classification pourront tre utilis s pour affiner la classification comme le rapport Longueur Largeur de l objet qui sera fort pour une rivi re MODIS eCognition ii lassification Exportation Segmentation Fig 9 Chaine de traitement des images MODIS pour extraire l objet rivi re gt L extraction de l objet rivi re gt par eCognition tant faite il a t export vers le logiciel Arcgis pour plus de commodit de manipulation et de visualisation Fig 9 Ainsi la ligne m diane entre les deux berges du chenal de la rivi re le polygone de la rivi re on t extraite et ceci est fait pour chaque images satellites Et pour chaque objet les caract ristiques g om triques ont t calcul es longueurs largeurs coordonn es dans l espace 3 3 M thode d interpr tation des param tres des m andres L analyse a t port e sur les ann es les plus loign dans le temps 2000 et 2005 pour distinguer et mettre en vidence les d placements les plus prononc s Pour s affranchir des probl mes li s la diff rence de largeur du chenal de la rivi re lors des p riodes de crues et d tiages le m me jour de prise de vue t s lectionn pour les deux ann es d tude La p riode pr s du 1 Aout correspond une p riode de basses eaux pour le rio Ucayali Molinier et al 1996 Pour chaque ann e les coordonn es des points d inflexions et des apex de chaque pa
14. mont de Pucallpa peut faire augmenter le d bit et ainsi augmenter la puissance hydraulique de la rivi re sans changer la pente du cours d eau De plus la zone pr s de Pucallpa pr sente un m andre abandonn l amont On sait que la rivi re allonge sa longueur de rivi re lors de la migration d un m andre diminuant la pente de la rivi re et ainsi dissipe l nergie hydraulique du cours d eau Lorsque la rivi re trouve un autre chemin par raccourcissement elle abandonne les m andres et ainsi augmente la pente de son cours d eau augmentant ainsi la puissance hydraulique de la rivi re Cela entraine de forte migration l aval de ce raccourcissement S 2 Comparaisons avec les param tres g om triques On peut mettre les m mes hypoth ses pour l explication de la figure 12 Pour de forte sinuosit la migration est plus faible que pour des faibles sinuosit s En augmentant sa sinuosit la rivi re va dissiper l nergie en allongeant la longueur de la rivi re et en diminuant la pente La migration va donc diminuer en fonction de la diminution du d bit de la rivi re L indication en plus est que pour de faible sinuosit la vitesse de migration peut tre tr s forte Ce qui peut nous renseigner sur la rapidit d une rivi re cr er des m andres partir du moment o l l ment d clencheur du ph nom ne de m andrisation va transformer la morphologie de la rivi re 15 Page 6 Limites et Perspec
15. place sur des images Satellites MODIS L exportation sur Arcgis permettant de visualiser plus facilement et rapidement les migrations et les param tres g om triques Les caract ristiques de la rivi re m andres sont calcul es et des corr lations peuvent tre faites entre les donn es 4 Page 1 Revues bibliographiques propos de l tude 1 1 Les rivi res m andriformes On caract rise g n ralement une rivi re m andriforme m andre par sa sinuosit La sinuosit est le rapport entre la longueur de rivi re L et la longueur la plus courte entre les 2 points choisies sur la rivi re pour la Fig 5 Une rivi re est consid r e comme m andriforme pour une sinuosit de plus de 1 5 Brice 1974 La variabilit de la sinuosit de la rivi re est due aux processus d rosion qui y jouent Deux processus antagonistes vont faire voluer la sinuosit de la rivi re Les parties ext rieures concaves seront rod es alors que les berges int rieures convexes seront en s dimentation Fig 1 Comme la largeur d une rivi re ne s tend pas l infinie le chenal de la rivi re va donc migrer vers les berges rod es augmentant la sinuosit de la rivi re Il arrive un moment o les migrations des berges entrainent la d viation du cours d eau cr ant des parties de m andres abandonn es bras mort ou oxbow lakes ceci diminuant la sinuosit Parmi les 4 formes de rivi re chenal que sont les ri
16. rtante d apex pour de faible sinuosit et pour des fortes Sinuosit SE Fig 12 Graphique repr sentant le d placement des apex en fonction de la sinuosit du m andre S Discussion 5 1 Mise en vidence de la migration La tendance des m andres vers le Nord est tout fait logique puisque un m andre va voluer d amont en aval lors de sa migration En revanche la tendance vers l Ouest n est pas vidente Plusieurs explications peuvent tre avanc es mais le manque de donn e fait d faut pour ce premier temps d tude Il serait int ressant de regarder la pente r gionale sur ce tron on de Ucayali pour voir son effet sur la migration De plus la localisation moyenne de la rivi re par rapport la largeur de la plaine alluviale peut mettre en vidence la tendance vers l Ouest L observation de Ucayali sur GoogleEarth et de sa zone de divagation montre bien une localisation Ouest de la rivi re dans la plaine alluviale mais il serait int ressant de quantifier cette localisation Plusieurs zones de fortes migrations de m andres ressortent sur le tron on d tude de l Ucayali La plus forte se trouve pr s de la ville de Pucallpa Les taux d rosion et de d position ainsi que les distances de migrations y sont les plus importantes Malgr l absence de donn es d hydrologie on peut mettre plusieurs explications ce ph nom ne Tout d abord la pr sence d un affluent l Ucayali l a
17. rtie des m andres de la rivi re ont t calcul es Afin de mettre en vidence la migration du chenal le d placement en absolue de chaque points caract ristiques du chenal a t faite Fig 10 Les r sultats ont t repr sent s par rapport la longueur de la rivi re et le d placement mise en vidence selon les directions Nord Sud et Est Ouest Fig 11 11 Page Point O 1700 3400 6 800 M tres d inflexion Composante L gende ET TT Nord Sud L gende igne Mediane 2003 Ea Surface d rosion Apex 2000 En Surface de d position a gt Apex 2005 b l Chenal de la rivi re Commun 2000 et 2005 Point d inflexion 2000 Point d inflexion 2005 Point d inflexion 2000 Composante Ouest Est Figure 10 Images ArcGis d une partie de l Ucayali et les donn es de migrations des m andres a Surface d rosion et de d position le long du trac de la rivi re b Coordonn es de points d inflexion et d apex pour les deux ann es d tudes c Mise en vidence des composantes de d placement d un point d inflexion Une autre m thode mise en uvre est celle de O connor et Hooke qui consiste calculer les surfaces d rosion et de d position faite par la migration du chenal de la rivi re entre deux ann es Les ann es 2000 et 2005 ont donc t superpos et l aide d eCognition il a t possible de calculer toutes les surfaces d rosion ou de d position Fig 10
18. s des rios en Amazonie P ruvienne par une approche utilisant la t l d tection Etude d impact de la migration du Rio Ucayali sur la ville de Pucallpa Universit Joseph Fourrier Grenoble 60p 2006 Espinoza J C Fraizy P Guyot JL Ordo ez JJ Pombosa R Ronchail J La variabilit des d bits du Rio Amazonas au P rou Submitted to IAHS Sth World FRIEND Conference Red Book La Havana Cuba 2006 Hickin E J et Nanson G C The Character of channel migration on the Beatton river Northeast British Columbia Canada 1975 Hooke Spatial variability mechanisms and propagation of change in an active meandering river 2006 Hooke Complexity self organisation and variation in behaviour in meandering rivers 2007 Lagasse P A Methodology and ArcView Tools for Predicting Channel Migration Leopold L B Wolman M G River Meanders Bulletin of the geological society of America vol 71 p 769 794 1960 Molinier M Guyot J L Les r gimes hydrologiques de l Amazone et de ses affluents L hydrologie tropicale g oscience et outil pour le d veloppement LAHS Publ no 238 1996 Nanson G C Hickin E J A statistical analysis of bank erosion and channel migration in western Canada Geological Society of America Bulletin vol 97 p 497 504 1986 O Connor J E Jones M A and T L Haluska 2003 Flood plain and channel dynamics of the Quinault and Queets Rivers Washington USA Geomorphology Rapp C F Abbe T B A framework
19. s images MODIS pour d autres rios situ s dans le bassin Amazonien Images sur la page de pr sentation Image LANDSAT de l Ucayali pr s de la zone de Pucallpa 2 Page SOMMAIRE Introduction 1 Revues bibliographiques propos de l tude 1 1 Les rivi res m andriformes 1 2 Evaluation de la migration des m andres 1 3 Param tres de contr le de la migration des m andres 1 3 1 G om trie des m andres 1 3 2 Param tre de contraintes et de r sistances 2 Object d tude l Ucayali 2 1 Caract ristiques 2 2 Premi re mise en vidence de migrations 3 Donn es et M thodes 3 1 Images satellites MODIS 3 2 Le logiciel eCognition 3 2 1 Principe du logiciel 3 2 2 Application sur les images MODIS 3 3 M thode d interpr tation des param tres des m andres 4 R sultats au 15 06 09 4 1 Mise en vidence de la migration 4 2 Comparaisons avec les param tres g om triques S Discussion 5 1 Mise en vidence de la migration S 2 Comparaisons avec les param tres g om triques 6 Limites et Perspectives Conclusion Bibliographie 3 Page Introduction Les rivi res m andriformes sont les objets hydrologiques les plus sujets au dynamisme de part leurs morphologies Outre son implication dans le domaine de la recherche l analyse du dynamisme des rivi res m andres a pour but d laborer une banque de donn es permettant la pr diction des d placements des rivi res aux abords
20. ses variables Il faut donc prendre en compte les param tres les plus faciles exploiter Par exemple d autres param tres g om triques seraient int ressants de calculer pour cette tude notamment le rapport du rayon de courbure sur la largeur de la rivi re Le taux de migration serait en effet plus important pour certaines valeurs de ce rapport Hickin et Nanson 1975 Bien videment ce rapport est seulement calculable partir d images o la r solution permet de calculer une largeur de rivi re assez pr cise avec peu d incertitude Les images MODIS ne le permettent pas Les d placements des points caract ristiques des m andres ont t repr sent s en absolue par rapport aux coordonn es g ographiques en admettant que la pente g n rale du cours d eau avait cette direction Il sera donc int ressant de pouvoir calculer la pente g n rale de la plaine alluviale pour pouvoir observer les d placements relatifs par rapport ce nouveau r f rentiel tablit par la direction de plus grandes pente De plus le calcul de la pente du lit de la rivi re partir d un MNT pourra nous donner d autres donn es pour expliquer les zones de plus fortes migrations par la pr sence de rupture de pente De plus le calcul de la zone de plaine alluviale par MNT pourra tre d termin plus pr cis ment que l estimation de la zone de divagation du m andre par simple observation des images satellites La principale m thode dans ce
21. surfaces O connor et al 2003 Hooke 2006 Les surfaces qui se superposent n enregistrent aucun changement alors que les surfaces non superposables pourront tre consid r es comme des surfaces d rosion ou de d position de s diments en fonction de la direction de migration du m andre Fig 3 La surface d rosion cr par la migration pourra tre normalis e par rapport au p rim tre form par les deux berges rod s deux temps diff rents afin d estimer une distance de migration moyenne sur le m andre tudi Constantine 2008 Enfin une derni re m thode consiste d finir le vecteur repr sentant la migration du chenal entre deux temps diff rents Lagasse Ce vecteur pourra renseigner sur l amplitude de la migration et la typologie de d placement du m andre comme montr dans la Fig 4 Perpendiculaire Apex la vall e 7 I Point y RAA d inflexion c Parall le j E ia 7 B 7 la vall e M andre initial 3 Lake p E Low Fiow Channel Quinault Unvegetated Gravel Bars ab M isolated Channels 4 Forested Flood Plain 77 Channel Transects and km Queets River 4 MILES j L i 0 2 4 KILOMETERS Extension Translation Expansion Fig 2 La m thode des transects sur la Rivi re Quinault Washington USA O Connor et al 2003 N J A N FPN 1996 NS JE 1984 C CE erosion N FRA TN i Re 0
22. tives La mise en vidence qualitative de la migration des m andres est exploitable avec les donn es d images satellites MODIS mais on peut tout fait mettre en cause l aspect quantitatif de la migration des m andres En effet la r solution des images est de 250 m tres par pixel ce qui fait au minimum 125 m d incertitude pour les pixels situ s sur les berges de la rivi re Il serait donc tr s int ressant de passer une r solution plus fine qui permettrait de quantifier les surfaces d rosion d position et les migrations des points caract ristiques des m andres avec des incertitudes plus faibles Ceci pour tre plus s r de la v racit de nos r sultats et pour approuver l utilisation des images MODIS Parmi les donn es satellitaires disponibles les images LANDSAT permettent d avoir une r solution plus fine de 30 m tres M me si la p riode de prise de vue n est pas assez fr quente l utilisation de ces images permettrait de quantifier la migration des m andres pour les m mes p riodes de prise de vue des images MODIS et de comparer les r sultats Les param tres suivant peuvent avoir un impact certain sur la migration des m andres d apr s la bibliographie tels que la v g tation la puissance hydraulique la contrainte cisaillante la turbulence la rugosit des bancs la topographie du lit la hauteur des berges et les am nagements anthropique Mais il est impossible de faire une tude incluant toutes
23. tte tude est de voir le d placement des points d inflexion et d apex Ce suivie peut se faire sur une seule image o les cicatrices d rosion et de d position sont encore pr sentes pr s des m andres Ceci afin de quantifier des d placements sans la donn e du temps qui nous permet d avoir acc s aux vitesses de d placements Enfin le facteur d chelle est peut tre un l ment important dans l observation et l analyse de la dynamique des m andres Il faudra donc voir si ce facteur va influer sur les corr lations entres les param tres de contr le et les param tres de migration Ceci sur la rivi re Ucayali pour des chelles plus grandes mais aussi des chelles inferieures avec l analyse de plus petit rio pr sent dans le bassin Amazonien 16 Page Conclusion Parmi toutes les m thodes d analyse de la dynamique des m andres l tude s est port e sur l estimation de la migration des points caract ristiques des m andres les points d inflexion et des apex De plus les calculs de surface d rosion et de d position ont t faits pour chaque m andre entre deux points d inflexion Ces donn es ont confirm es le fort dynamisme du rio Ucayali Des zones de plus fortes migrations de m andre sont observ es pr s de la ville de Pucallpa Les premi res explications avanc es ne sont faite qu partir de l observation de la g omorphologie de la rivi re l amont de cette r gion En effet la pr
24. uages sur les images Il faut donc recourir la r alisation d images composites issues de plusieurs jours d images satellite De plus avec une r solution de 250 m un objet par exemple une rivi re inf rieure en largeur cette r solution sera tr s difficile distinguer sur une image 3 2 Le logiciel eCognition 3 2 1 Principe du logiciel Afin d tre le plus efficace possible le logiciel d analyse d image eCognition a t utilis Bas sur les deux outils de segmentation et de classification la technologie eCognition repose sur le concept qu une image ne r side pas seulement dans des pixels isol s mais dans des objets poss dant une signification particuli re ainsi que dans leurs relations Ainsi l analyse d une image passe par deux tapes La segmentation Cette tape permet de regrouper les pixels selon deux param tres la forme et la couleur Il faut donc adapt la segmentation la r solution de l image et l information qu on souhaite extraire La classification Cette tape permet de classifier les groupes de pixels issus de la segmentation par des crit res qui seront propres aux objets que l on souhaite extraire Une fois l objet correctement distingu du reste de l image toutes les caract ristiques g om triques de l objet peuvent tre connues Il est aussi possible d exporter cet objet ainsi que toutes ses caract ristiques vers d autres plateformes de SIG q
25. ues g ographiques tr s facilement permettant un traitement des donn es plus cons quent Parmi les nombreuses m thodes pr sentent dans la litt rature pour caract riser et quantifier la migration d un m andre la d limitation des zones d rosion et de d position a t retenue De plus une m thode consistant suivre les points d inflexion et d apex de chaque m andre a t mise en place Ceci afin de qualifier et de quantifier la migration des m andres sur la zone d tude du rio Ucayali Les premiers r sultats montrent des zones de fortes migrations et une tendance g n rale en absolue des points caract ristiques des m andres vers le Nord Ouest La zone de forte migration situ pr s de Pucallpa peu tre expliqu par la pr sence d un m andre abandonn et d un affluent l amont Ces deux ph nom nes ayant pour effet d augmenter le d bit de la rivi re et ainsi les vitesses d rosion et de d position La corr lation entre le d placement des apex des m andres et la sinuosit confirmant cette hypoth se Toutefois la corr lation entre la vitesse de migration des m andres et d autres param tres de contr le devra tre faite lors du second temps du stage L utilisation d autres images satellites sera aussi la prochaine tape de cette tude pour confirmer l utilisation des images MODIS dans la quantification des d placements des m andres du rio Ucayali Ceci afin de valid l exploitation de
26. ui permettent une meilleure visualisation 3 2 2 Application sur les images MODIS Chaque bandes d images satellite est compos de pixel ayant chacun une information Plus la r solution est faible plus l information mis par un objet est en comp tition avec les objets environnants lors de la construction des pixels qui d finissent l image Les images disponibles dans la base de donn es Hybam sont des images composites issues de fragment d images satellites sans 10 Page nuages sur 16 jours Avec la faible r solution de l image le nombre d objet cr a t quivalent au nombre de pixel lors de la segmentation pour ne perdre aucune information par rapport l image A partir des 2 bandes des images MODIS une bande dans le visible R 620 670 nm correspondant au rouge et une seconde bande dans le proche infrarouge NIR 841 876 nm la classification de la rivi re t faite l aide de l indice de v g tation par diff rence normalis NDVI NIR R NDVI 2 NIR R La rivi re Ucayali tant dans un environnement o la v g tation est omnipr sente il est donc assez simple de classifier la rivi re du reste de limage qui est compos principalement de v g tation Avec la formule les objets v g tation gt aura un NDVI sup rieur z ro et tout ce qui n est pas de la v g tation sera inf rieur 0 Les rivi res ayant des valeurs tr s inf rieures 0 D autres outils d
27. vi res en tresse les rivi res m andres les rivi res droites et les rivi res anastomos s la rivi re m andres serait la rivi re ayant un seul chenal principale la plus sujet au dynamisme lat ral On distingue les rivi res m andres encaiss s ou de vall e des rivi res m andres libres ou de plaines alluviales qui sont sujet un fort dynamisme de par le mat riel rod qui est constitu de s diments tr s r cents Direction du courant A Rivi re M andre m andres abandonn B w B Convexe Concave l S dimentation Erosion 1 a s Fig 1 Processus au sein des m andres et profils en travers 1 2 Evaluation de la migration des m andres Il existe diff rentes mani res valuer la migration des m andres qui d pendent de ce qu on veut mesurer Rapp et Abbe proposent deux m thodes de mesurer la migration des m andres Par la m thode des transects dans un premier temps O connor et al 2003 Rapp et Abbe 2003 o le travail consiste suivre les changements de position de la ligne centrale du chenal principal avec une perpendiculaire trac e entre les deux c t s de la plaine alluviale Fig 2 La m thode ne n cessite pas l utilisation d un SIG car il n y a pas de calcul complexe faire sur la photographie 5 Page Une autre approche consiste tracer les deux bords du chenal principal et de superposer les diff rents trac s afin de calculer des
28. x et les lieux de fortes surfaces d rosion et de d position On remarque aussi la cr ation ou la disparition d apex ou de point d inflexion ce qui t moigne aussi d un fort dynamisme car la rivi re va tellement modifier son cours qu elle va cr er plus de sinuosit ou la r duire Le tableau 1 montre les donn es synth tiques des migrations des m andres sur la partie de l Ucayali Les incertitudes ont t calcul s en assumant que chaque pixel de rivi re a une incertitude de 33 4 2 Comparaisons avec les param tres g om triques M me si l tape est n cessaire la question n tait pas la base de mettre en vidence qualitativement et quantitativement les d placements des m andres du rio Ucayali mais de mettre en vidence les corr lations possibles entre la migration des m andres et des param tres qui peuvent contr ler cette migration Seuls les param tres g om triques ont t disponibles pour ce premier temps d tude 14 Page La figure 12 met en relation les d placements en absolue des apex de chaque m andres avec la sinuosit de ce m andre La sinuosit du m andre tant calcul e en faisant le rapport longueur du m andre en cours d eau entre deux points d inflexion sur la longueur entre deux points d inflexion vol d oiseau Le but de cette relation tant de voir dans pour quelle sinuosit un m andre est le plus dynamique La figure 12 montre des migrations plus impo
29. ynamique hydrologique et biog ochimique de l rosion alt ration et des transferts de mati re dans le bassin de Amazone Des donn es d imagerie satellites sont disponibles librement dans la base de donn es de l observation Le bassin Amazonien offre une population importante de rivi res m andres ce qui permet d avoir une large gamme d tude pour la compr hension des migrations des m andres et ceci diff rentes chelles d espace et de temps gr ce l utilisation d images satellites Ce large panel de rivi re dans le bassin Amazonien permettant deux choses Mettre en vidence et quantifier la migration de chaque rivi re m andre Corr ler les vitesses de migrations avec des param tres de contr les de la migration et ceci plusieurs chelles d espaces et de temps Afin de mettre en place la m thode de travail sur tous les rios du bassin Amazonien une seule rivi re a t tudi e pour ce premier temps de stage Le rio Ucayali Cette rivi re pr sente de tr s fort d placement et les vitesses de migration y sont mesurables l chelle annuelle Ceci a t mis en vidence gr ce des tudes pr c dentes utilisant les images satellites comme support de travail L analyse d images satellites est le moyen le plus facile et efficace pour mesurer la migration d un m andre Rapp et Abbe 2003 A l aide du logiciel eCognition une approche diff rente d extraction d objet t mise en
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