Apport de l’imagerie optique « time-lapse » stéréoscopique pour la quantification à haute résolution spatio-temporelle (4D) des dynamiques de versants en montagne

Contribution of optical stereoscopic 'time-lapse' imagery for the high-resolution spatiotemporal (4D) monitoring of the mountain hillsides dynamics

• Auteur / Autrice : Guilhem Marsy
• Direction : Emmanuel Trouvé, Flavien Vernier, Xavier Bodin, William Castaings
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : STIC Informatique
• Date : Soutenance le 22/09/2020
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, systèmes, traitement de l'information et de la connaissance (Annecy)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Delacourt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Aurélie Chanut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Berthier, Marc Pierrot-Deseilligny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séries chronologiques

Glaciers

Photogrammétrie

Mots clés libres

Photogrammétrie

Glacier

Glacier rocheux

Bilan de masse

Time-lapse

Séries temporelles

Photogrammetry

Glacier

Rock glacier

Mass balance

Time-Lapse

Time series

Résumé

Ce travail de thèse porte sur le développement d'un dispositif stéréo time-lapse pour le suivi à haute résolution spatio-temporelle des mouvements de versants en montagne. Le dispositif est basé sur deux appareils photos fixes avec deux points de vue différents, qui enregistrent des images du mouvement étudié de façon autonome et quotidienne. Les images obtenues par ce dispositif sont traitées par un agencement de méthodes qui permettent de calculer des champs de déplacements tri-dimensionnels de la surface et des modélisations 3D de celle-ci. Les résultats obtenus assurent un suivi spatialisé de la surface d'étude. Afin de suivre la dynamique du mouvement dans le temps nous proposons des méthodes permettant de combiner de nombreux couples de déplacements calculés entre différentes dates. Ces méthodes produisent des séries temporelles de déplacements robustes au bruit et erreurs de mesures avec une indication sur la dispersion des mesures. Les méthodes développées sont testées sur deux sites d'étude : le glacier d'Argentière et le glacier rocheux du Laurichard. L'aspect et la dynamique, différents sur les deux sites ont permis la validation des méthodes. Cette validation repose sur des indicateurs issus à la fois des images du dispositif et de mesures provenant d'autres capteurs. Enfin, nous proposons une application, couplant notre dispositif et des mesures GPS in-situ, au calcul des bilans de masse journalier du glacier d'Argentière.

The thesis aims to capitalize and enhance the scientific collaborations initiated for several years by two laboratories of the Savoie Mont-Blanc University: EDYTEM, on the one hand, specialized in the geomorphodynamics of slopes and on the other hand the LISTIC, specialized in image processing and especially in image time series analysis. Recent progress in instrumentation and image processing have reached a level of maturity that now makes it possible to envisage the industrialization of a high-resolution environmental monitoring system. Thanks to its previous products in the field (such as RiverBoard®, for hydrometric monitoring), TENEVIA has the technical and human capabilities to fully exploit the technological innovations proposed. The novelty of our approach is to use the stereoscopic effect produced by two synchronized automatic cameras, monitoring the site from two different points of view. The 3D geometry of the studied slope can be reconstructed at a variable time step, from a few seconds to several days, thus generating time series of spatial data at very high resolution (up to a few cm, over several hectares) producing '4D' results. The goal of this work is to make a fully operational 4D monitoring mechanism of slope movements and to achieve a marketable product allowing both to respond to strong and multiple socio-economic expectations and to solve scientific problematics. To achieve this goal, the thesis will address various instrumental, algorithmic and computational challenges, for which the two research laboratories and the company are an optimal framework. Most of the approaches and methods developed within this thesis are transdisciplinary, and other applications of this work can be envisaged in the context of measuring and monitoring natural environments.