Marine Geosciences
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Liste des campagnes à la mer |
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Campagnes |
Année |
Chef de mission |
Organisme |
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1992 |
J.P. Foucher |
Ifremer |
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1995 |
N. Chamot-Rooke |
CNRS/Insu |
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1995 |
J. Woodside |
NWO |
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1998 |
J. Mascle |
CNRS/Insu |
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Le navire océanographique N/O L’Atalante est équipé du sondeur multifaisceaux Simrad EM12D (Hammerstad, 1991).
Ce sondeur multifaisceaux (Figure 2) fonctionne par émission/réception d’un signal acoustique. Les mesures produisent deux types d’information :
le relief sous-marin,
la réponse acoustique du fond marin.
A chaque cycle d’acquisition, le traitement du signal fournit, perpendiculairement à la route du navire, 162 sondes bathymétriques, calculées à partir du temps d’aller-retour du signal. De plus, le sondeur mesure le niveau de rétrodiffusion du signal acoustique sur le fond qui est dépendant de la nature du sédiment et de la morphologie. Le couloir couvert par le sondeur EM12D à chaque passage du bateau peut atteindre 7 fois la hauteur d’eau ; il est de l’ordre de 15 kms à une profondeur de 2500 mètres. La vitesse usuelle du navire en opération est de 10 nœuds (environ 18 km/h) et la cadence d’acquisition est de l’ordre de 10 secondes à une profondeur d’eau de 2500 mètres. Dans ces conditions, l’espacement des sondes acquises est de 80 à 100 mètres sur le fond, avec une précision de 0.3 à 0.5 %.
Ces caractéristiques font du sondeur multifaisceaux EM12D de L’Atalante un outil de reconnaissance cartographique régionale rapide et précis.
Le traitement des données du sondeur multifaisceaux a deux finalités :
le calcul d’un modèle numérique de terrain, résultant des
mesures de bathymétrie. Un modèle numérique de terrain est une grille régulière
de valeurs bathymétriques interpolées à partir des données brutes du
voisinage.
la constitution d’une mosaïque d’images acoustiques, résultant
de l’exploitation de la réflectivité du signal acoustique sur le fond.
Chaque pixel de la mosaïque correspond à une surface élémentaire sur le fond
associée à un niveau de rétrodiffusion exprimé en décibels.
Les traitements sont réalisés à l’aide des logiciels Caraïbes et Imagem, développés par l’Ifremer.
Traitement des données de bathymétrieLes étapes essentielles du traitement des données de bathymétrie sont (Bourillet, 1996):
Le contrôle, la validation et le filtrage des données brutes.
Les données brutes peuvent être dégradées soit par la présence de sondes
aberrantes, soit par des bruits de mesure. Les bruits de mesure sont généralement
liés aux paramètres d’environnement que sont en particulier l’attitude, le
positionnement du navire et la mesure de la célérité du son dans l’eau.
La constitution du modèle numérique de terrain. La qualité
du modèle numérique de terrain est directement liée à la qualité des données
brutes et aux opérations d’élimination d’erreurs appliquées à celles-ci,
ainsi qu’au choix du pas de grille qui permet d’adapter le modèle à
l’espacement des sondes et à l’échelle de la carte.
Le lissage des modèles numériques de terrain. Des opérations
sont appliquées directement au modèle numérique de terrain pour éliminer
certains artéfacts liés aux données brutes et qui n’ont pu être corrigés
antérieurement.
Dans le cadre d’un projet de synthèse, il est également indispensable de procéder au contrôle de l’homogénéité des données issues de campagnes différentes : ce contrôle est possible lorsque des zones communes ont été cartographiées permettant la comparaison des données brutes. Dans le cas de la Ride Méditerranéenne, les campagnes ont été réalisées avec les mêmes outils (navire et sondeur) et le processus de traitement est identique pour l’ensemble des données, ce qui assure l’homogénéité du modèle numérique de terrain final.
Traitement des données de réflectivitéLes données de réflectivité du signal acoustique sur le fond sont exploitées selon les opérations principales suivantes (Augustin, 1994) :
La modélisation des cycles d’acquisition des données pour
le calcul des courbes de correction des secteurs angulaires d’émission du
signal. Cette opération permet d’homogénéiser les données des cinq
secteurs angulaires du sondeur. Cette modélisation est calculée sur des séries
de cycles correspondant à une réponse acoustique homogène sur le fond.
La réalisation d’une mosaïque d’images acoustiques.
Les pixels d’imagerie acoustique sont positionnés à partir des données de
navigation, de bathymétrie et de célérité. Les courbes de correction des
secteurs angulaires sont appliquées en même temps que le mosaïquage des données.
Interpolation des mosaïques. La taille du pixel est
choisie en fonction de l’échelle cartographique. Aux échelles habituelles de
traitement, cette taille est inférieure à l’espacement entre deux cycles
consécutifs d’acquisition sondeur. Dans ce cas, une interpolation est nécessaire
: elle est faite à l’aide d’un algorithme d’interpolation qui tient
compte du voisinage.
Réhaussement de contraste. La visualisation des mosaïques
d’images acoustiques se fait classiquement en niveaux de gris :
l’application d’un réhaussement de contraste permet d’utiliser au mieux
la palette de gris en fonction de l’histogramme des valeurs des pixels, pour
une meilleure lisibilité des images obtenues.
Dans le cadre du projet de synthèse cartographique de la Ride Méditerranéenne, le résultat des traitements est le calcul d’un modèle numérique de terrain dont le pas de grille correspond à 250 mètres sur le fond et la constitution d’une mosaïque dont la taille du pixel est de 62.5 mètres. Cette résolution est compatible avec la résolution des données acquises et permet d’atteindre des échelles maximales de représentation cartographique de l’ordre du 1/250000ème. Sur certaines structures morphologiques particulières, une échelle 1/100000ème est également possible.
Le projet de cartographie de la Ride Méditerranéenne prévoit l’acquisition de nouvelles données. L’intégration de ces données aux résultats obtenus actuellement pourra se faire par application des mêmes procédures pour assurer l’homogénéité des résultats.
Puisque le processus de traitement aboutit à l’obtention de fichiers numériques, l’exploitation des données permet aussi bien différents types de représentation cartographique que des études numériques spécifiques telles que les études de pente ou les études de caractérisation des fonds.
L’échelle choisie pour les cartes de synthèse de bathymétrie et de réflectivité (Edition Ifremer et CIESM, 2001) est le 1/1500000ème. La carte morpho-bathymétrique est établie sur la base d’un modèle numérique de terrain au pas de grille de 500 mètres (par réduction du modèle numérique de référence). Le relief est représenté par des niveaux de couleur fonction de la profondeur et un ombrage qui permet de mettre en valeur la morphologie du domaine étudié (Figure 3).
La mosaïque d’images acoustiques (ou carte de réflectivité) est réalisée par échantillonage de pixels de la mosaïque de référence. La réflectivité du fond marin est représentée en niveau de gris : ces niveaux caractérisent les variations de la réflectivité du signal acoustique, les zones sombres correspondent à des fonds très réverbérants et les zones claires aux fonds peu réverbérants (Figure 4). Cette image fournit donc des informations sur la nature sédimentaire du fond marin (Lurton, 1994 et Augustin, 1996).
Ces 2 figures sont extraites des cartes à l’échelle 1/1500000ème, Cartographie par sondeur multifaisceaux de la Ride Méditerranéenne et des domaines voisins (Edition Ifremer et CIESM, 2001)
D’un point de vue géologique (CIESM, 1998), la Ride Méditerranéenne (Figure 5) constitue un arc morphologique qui s’étend sur plus de 1500 kilomètres, de l’ouest du Péloponnèse au sud de la Turquie, en passant au sud de la Crète. Elle représente un vaste bourrelet sédimentaire de largeur comprise entre 100 et 200 km, dont l’épaisseur peut dépasser 10 km. Cet édifice, mis en place à l’aplomb de la zone de subduction de la plaque Afrique sous la plaque Europe, est l’expression morphologique de la déformation des sédiments, elle-même conséquence du rapprochement des deux continents au cours des 20 derniers millions d’années. Le taux actuel du rapprochement entre la Crête et la Libye, mesuré par les techniques de positionnement satellitaire, est de l’ordre de 30 mm/an.
La carte morpho-bathymétrique (Figure 3) fournit une vision nouvelle du relief de la Méditerranée orientale : certaines caractéristiques structurales sont très bien mises en évidence, grâce d’une part à la résolution des données et d’autre part au mode de visualisation. Le front de déformation de la Ride Méditerranéenne, le contact de la Ride avec les marges crétoise et libyenne, les champs de volcans de boue, le réseau de chenaux du delta du Nil sont bien identifiables.
De la même manière, l’imagerie acoustique générale (Figure 4) fournit une approche de la nature sédimentaire de la Ride : les régions à niveaux de réflectivité homogènes caractéristiques d’une faible déformation de surface se distinguent des régions à niveaux de réflectivité hétérogènes, le long du front de déformation en particulier.
Dans le cas de l’étude des volcans de boue, très nombreux le long de la Ride Méditerranéenne, les résultats du projet de synthèse numérique fournissent à la fois une vision régionale de leur distribution et un niveau de détail encore jamais atteint dans leur description morphologique individuelle (Figure 6).
Ce projet de synthèse numérique se finalise par l’édition de cartes essentielles à l’étude des fonds marins en Méditerranée orientale d’un point de vue de la morphologie et de la nature sédimentaire. Ces documents, issus uniquement de données de sondeur multifaisceaux, apportent une connaissance nouvelle de cette zone.
Des futures campagnes océanographiques pourront fournir de nouvelles données, afin de compléter les cartes actuelles.
Par ailleurs, d’autres formes de diffusion des résultats obtenus sont envisagées. La technologie de l’internet peut permettre de mettre à disposition la richesse de l’information fournie par ce type de données, sous forme de fichiers numériques. Le niveau de résolution adopté au cours du processus de traitement permet en particulier la production de cartes ou images plus détaillées, afin de se focaliser sur certaines cibles d’intérêt pour les utilisateurs.
Ces travaux techniques, de la cartographie classique à la production de documents de visualisation élaborée, restent toujours étroitement liés aux études d’interprétation géologique, morphologique et sédimentaire.
Nous remercions particulièrement Monsieur Frédéric Briand pour le soutien de la CIESM* à la réalisation des cartes qui ont servi de base à cette publication. Nous remercions également Messieurs Jean-Paul Foucher, Ifremer Géosciences Marines, Jean Mascle, UMR Géosciences Azur, Observatoire océanologique de Villefranche/Mer, Nicolas Chamot-Rooke, Laboratoire de géologie, Ecole normale supérieure de Paris et John Woodside, Université libre d’Amsterdam, pour l’accès aux données des campagnes océanographiques qu’ils ont dirigées.
*CIESM : Commission Internationale pour l’Exploration Scientifique de la mer Méditerranée
Augustin J.M., Edy C., Savoye B., Le Drezen E., 1994. Sonar mosaic computation from multibeam echosounder. Oceans’94, Vol2, 433-438.
Augustin J.M., Le Suavé R., Lurton X., Voisset M., Dugelay S., Satra C., 1996. Contribution of the multibeam acoustic imagery to the exploration of the sea-bottom. Marine Geophysical Researches 18 : 459-486.
Bourillet J.F, Edy C., Rambert F., Satra C., Loubrieu B., 1996. Swath mapping system processing : bathymetry and cartography. Marine Geophysical Researches 18 : 487-506.
Hammerstad E. ,Ohner F., Parthiot F. and Bennett J., 1991. Field testing of a new deep water multibeam echosounder. Oceans’91, Vol2, 743-749.
Lurton X., Dugelay S., Augustin J.M., 1994. Analysis of multibeam echo-sounder signals from the deep seafloor. Oceans’94, Vol3, 213-218.
CIESM,1998. Workshop - Multibeam swath mapping of the Mediterranean, Rapport Comm. Int. Mer Médit.,35 (1) : 34-45
Edition Ifremer et CIESM, 2001. Cartographie par sondeur multifaisceaux de la Ride Méditerranéenne et des domaines voisins, Loubrieu B., Satra C., Cagna R.
Les cartes " Cartographie par sondeur multifaisceaux de la Ride Méditerranéenne et des domaines voisins " à l’échelle 1/1500000ème sont publiées par l’Ifremer et la CIESM :
Editions
Ifremer, tél. 33
(0) 2 98 22 40 13, editions@ifremer.fr
ou
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A.L.T. - Département
Logistique Internationale |
Téléphone: 02.98.42.20.28 |
Editions
CIESM, tél. 377
93 30 38 79, ciesm@ciesm.org
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