Cartographie des argiles gonflantes en milieux tempérés à partir de données hyperspectrales aéroportées couplées à des données in situ et laboratoire
Résumé
L'objectif du projet AGEOTHYP (2013-2014) est d'étudier une méthodologie d'exploitation des images hyperspectrales couplées à des connaissances locales en vue d'affiner la cartographie de l'aléa retrait-gonflement des argiles. Pour cela, l'approche proposée demande l'exploitation des ensembles de données de différentes natures (bases de données géotechniques, mesures de spectroscopie infrarouge terrain et imagerie hyperspectrale) pour les intégrer dans une méthode opérationnelle de localisation et de quantification des zones riches en argiles de type gonflant en apportant une information homogène et continue aux différentes échelles intéressant les décideurs locaux. Les images hyperspectrales ont été acquises par la société ACTIMAR. Les mesures ont été réalisées à l'aide de capteurs hyperspectraux imageurs visible et proche-infrarouge de type Hyspex VNIR 1600 et SWIR 320m-e. Les caractéristiques principales des données acquises par les capteurs sont les suivantes : Résolution spatiale de 1 mètre (VNIR) et 2 mètres (SWIR), gamme spectrale de 400-2500 nm, les données converties en réflectance sont corrigées géométriquement et géoréférencées. Le vol a eu lieu en période hivernale pour laquelle un maximum de sols nus sont exposés. Des données spectrales et géotechniques, acquises sur le terrain dans la zone d'étude ou en conditions de laboratoire, ont également été utilisées : - 23 spectres de réflectance mesurés avec un spectroradiomètre ASD FieldSpec® portable aux mêmes dates que le vol aéroporté, - 332 spectres mesurés en conditions laboratoire avec le spectromètre sur des échantillons de sols argileux prélevés dans la totalité de la zone d'étude, - Une base de données géotechniques spatialisées comprenant des mesures issues d'essais en laboratoire permettant la caractérisation des sols argileux comme la valeur au bleu de méthylène (VBS) ou encore l'indice de plasticité (IP). Des évaluations de teneur en montmorillonite ont été réalisées à partir des spectres laboratoire et calculées à l'aide d'un modèle physique déterminé par des paramètres spectraux tels que la profondeur et l'asymétrie des pics d'absorption, la valeur de réflectance pour des longueurs d'onde choisies...Ainsi, en se basant sur des mélanges synthétiques et connus en minéraux argileux, une estimation de la proportion d'argile de type montmorillonite (smectite) a pu être déterminée dans les échantillons de sols prélevés(Dufréchou, 2013, in prep, (Chabrillat et al, 2002)), Dans un premier temps des méthodes d'observation et de traitement d'image hyperspectrale classiquement utilisées dans la littérature (Chabrillat et Goetz 1999; Bourguignon et al. 2007; etc.) ont été opérées sur les images hyperspectrales acquises pour identifier et cartographier la présence d'argiles dans les sols nus. Toutefois, le bruit trop important dans le SWIR, et les pics d'absorption significatifs des argiles aux environs de 2200 nm n'étant pas identifiables, les méthodes classiques se sont révélées insatisfaisantes. Une méthode moins conventionnelle permettant de classifier ces images par rapport au contenu argileux des sols a été essayée. En se basant sur des études montrant une relation exponentielle décroissante entre la valeur de réflectance à 2200 nm et la teneur en eau volumique (Lobell et Asner 2002), l'hypothèse selon laquelle la teneur en montmorillonite augmente avec l'humidité a été testée pour cette relation et le paramètre teneur en eau est remplacé par la teneur en montmorillonite estimée. Un modèle de classification des images hyperspectrales a ainsi été calibré et appliqué à l'image à partir des valeurs de réflectance de l'image mais également à partir des mesures acquises sur le terrain et en condition de laboratoire. Une décroissance exponentielle a été observée pour les trois types de mesures avec des valeurs de réflectance d'autant plus élevées que la teneur en montmorillonite est faible. L'étape suivante du projet est de valider cette carte de valeurs de réflectance réalisée à partir du modèle d'estimation des teneurs en montmorillonite par des mesures de laboratoire complémentaires : analyses DRX, limites d'Atterberg, VBS...