Cartographie - Traitement de données

L'Ifremer est un acteur majeur de la cartographie marine. L'Institut associe l'ensemble des compétences liées à la reconnaissance des reliefs océaniques : travaux en mer à bord des ses navires océanographiques, exploitation et gestion des données acoustiques et bien sûr études scientifiques en particulier morphologiques et géologiques ainsi que la recherche et le développement sur les systèmes acoustiques.

Au sein de l'Ifremer et de son unité Géosciences Marines, l'équipe technique "Cartographie et Traitement de données" rassemblent les principales compétences pour le suivi d'acquisition, le traitement des données, leur gestion et leur rendu cartographique préalable à l'analyse scientifique. Nous allons présenter les différentes facettes de l'activité de cette équipe.

 Un savoir faire historique

En 1977, l'Ifremer est le premier organisme scientifique civil à équiper d'un sondeur multifaisceau un navire de recherche océanographique, le Jean Charcot, et à développer simultanément des outils informatiques de traitement des données et de réalisation de cartes morpho-bathymétriques.

Ces équipements ont représenté une révolution technologique pour la cartographie marine, en terme de couverture spatiale et de résolution des mesures.

Les premières campagnes scientifiques ont été largement dédiées à la découverte des dorsales océaniques, thème de recherche majeur dans les années 70 et 80. Depuis cette date, la cartographie a été marquée par une évolution considérable des outils et des techniques, avec :

  • l'apparition dans les années 90 des sondeurs multifaisceaux de nouvelle génération. Ils permettent la mesure simultanée de la bathymétrie et du niveau de réflectivité des fonds marins, et assurent une large insonification des fonds associée à un levé cartographique systématique ; depuis les années 2000, les sondeurs profitent aussi d'évolutions majeurs en terme de résolution ;
  • l'évolution très significative du positionnement en mer par les systèmes satellitaires. Les systèmes de type GPS (Global Positioning System) atteignent aujourd'hui une précision de l’ordre de la dizaine de mètres, comparativement à la résolution d’ordre kilométrique de la fin des années 80 ;
  • l'informatisation des outils d'exploitation des données.

Le développement de logiciels spécialisés a permis de suppléer la cartographie manuelle et d'élargir considérablement les moyens de représentations.
En France, le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (Shom) et l'Institut Polaire Paul Emile Victor (IPEV) ont également des navires équipés de sondeurs multifaisceau pour leur mission d’hydrographie ou de cartographie.

Le son pour scruter le monde du silence

L’acoustique est aujourd'hui la seule technique applicable pour la mesure directe des fonds marins, quelque soit leur profondeur. Les sondeurs multifaisceaux et les sonars latéraux sont les outils d'acquisition utilisés pour réaliser les levés cartographiques. Chaque système a ses propres spécificités (en terme de signal acoustique, gamme de profondeur, précision, couverture...).

Deux types de données sont obtenues par ses équipements :

  • La bathymétrie est la mesure des profondeurs. Elle consiste à exploiter les temps de parcours des signaux acoustiques. A l’instar des sondeurs monofaisceau, les sondeurs multifaisceaux permettent d’obtenir un levé bathymétrique dense du relief.
  • L'imagerie est basée sur la mesure du niveau de réflectivité des fonds. C'est une donnée également complétée par les prélèvements, pour étudier et cartographier la nature des sédiments superficiels.

Les images sonar ou sonogrammes, généralement représentées en niveau de gris, indiquent la répartition des différents types de sédiments superficiels et des fonds rocheux ainsi que leur morphologie détaillée :

  • les fonds les plus réfléchissants, équivalents à des affleurements rocheux, apparaissent en sombre, tandis que les fonds vaseux apparaissent plus clairs ;
  • les reliefs les plus importants produisent des zones d’ombres d’autant plus larges que le faisceau est rasant. Une obstruction (ou un obstacle) est en général identifiée grâce à son "ombre".

 

 Les activités principales de l'équipe se concentrent sur :

Traitement des données

En temps réel, les outils informatiques assurent l’acquisition et la sauvegarde de l'ensemble des données du navire : navigation, bathymétrie, imagerie, capteurs d'environnement (gravimétrie, magnétisme, météo, cap, roulis, tangage...). Les logiciels offrent aux techniciens et aux scientifiques des fonctionnalités de visualisation cartographique au fur et à mesure de l’avancement des travaux. Les équipes contrôlent ainsi les données acquises et leur qualité, et peuvent valider le déroulement des opérations du navire.

Une partie des données enregistrées peut être aberrante ou bruitée, à cause d’un état de la mer défavorable affectant l’émission et la réception du signal acoustique; ou bien des variations spatiales ou temporelles de la température et de la salinité de l’eau qui modifient la propagation du signal dans l’eau et donc le calcul et le positionnement des sondes sur le fond. D’autres paramètres influent également sur la qualité et la précision des données, comme le positionnement ou la mesure des mouvements du navire. Ils doivent être contrôlés et éventuellement corrigés pour assurer la meilleure qualité possible des données bathymétriques.
Les traitements en temps différé (ultérieurs au temps réel) sont donc destinés à la correction des données, au calcul de modèle numérique de terrain et à la visualisation cartographique 2D et 3D des fonds.

Pour la bathymétrie, les cartographes disposent d'outils logiciels pour épurer les données, soit par détection automatisée d'erreurs, soit par invalidation interactive pour corriger les artéfacts liés à l'ensemble des paramètres d'environnement.

Pour l’imagerie, des opérations de traitement du signal sont également appliquées pour homogénéiser les données et réhausser les contrastes de réflectivité sur le fonds, afin de produire des cartes de plus haute qualité possible.

 

Gestion des données géoréférencées

Les campagnes océanographiques génèrent un volume conséquent de données géophysiques. Ces informations, dîtes données de « base » sont très variées par leur nature, leur format, leur mode de stockage et d'archivage. Elles sont aussi enrichies par les résultats "élaborés", qui sont issus des travaux de recherche et englobent les interprétations morphologiques et sédimentologiques, les pointés des réflecteurs sismiques et leur reconstitution géométrique.

Le regroupement de toutes ces informations dans une structure uniformisée s’est avéré être une nécessité. Le choix s’est porté sur un Système d'Information Géographique (SIG) qui permet l'archivage et la saisie de données géographiques et sémantiques associées, l'analyse spatiale des données et leur restitution cartographique. Gérer les données géophysiques dans un SIG facilite leur accès pour la communauté scientifique. Une organisation structurée favorise la comparaison de données acquises au cours de campagnes différentes, la réalisation de synthèses géologiques et de documents cartographiques, et aide à la préparation des futures campagnes océanographiques.

Les produits cartographiques élaborés au sein du département (MNT de bathymétrie, les mosaïques d’imagerie acoustique, les cartes de formations superficielles scannées et vectorisées), sont maintenant accessibles, pour les zones géographiques du plateau continental français, via le portail web Sextant Géosciences Marines.
Des métadonnées sont associées à chaque couche d’information géographique. Celles-ci sont essentielles et indispensables pour la compréhension et la diffusion de la donnée.

Pérennisation, valorisation et mise à disposition des données des campagnes océanographiques

Cette activité consiste à collecter les données d'observation validées, afin de les conserver dans les différentes bases de données gérées par le service Sismer, Centre National de Données Océanographiques. La cohérence des données de divers horizons est ainsi assurée de même que leur pérennisation et la mutualisation des développements informatiques ... L'objectif final est de mettre à disposition les données auprès de la communauté scientifique.

Données validées de bathymétrie et de sismique

L'accès aux données se fait via un portail web qui met à disposition les données brutes et validées des campagnes océanographiques ainsi que des produits de synthèse, selon les droits attribués à chaque campagne océanographique.
Ainsi si vous ne parvenez pas à atteindre la donnée que vous recherchez, il se peut qu’elle soit protégée, non encore accessible car trop récente ou confidentielle de part son partenariat d’acquisition.

  • Depuis le début des années 2010, plus de 6500 profils de bathymétrie validée ont été bancarisés. Ces données représentent 470 Go et correspondent à 65 campagnes à la mer.
  • Depuis 2014, près de 18000 profils de données validées de sondeur de sédiments ont été bancarisées. Ces données représentent près de 2 To et correspondent à 55 campagnes à la mer réalisées entre 2009 et 2018.

Une réflexion sur la bancarisation des autres équipements de sismiques est en cours.

Données vidéos

Les données vidéos sont des données scientifiques particulières. Elles ont été réalisées au cours des plongées des engins sous-marins de l'Ifremer. Ces données sont nombreuses, volumineuses et diverses (type d'engin sous-marin utilisé, support de stockage d'origine ...).

Dans cette vidéothèque scientifique, vous trouverez dans un premier temps des données récentes réalisées lors des plongées du Nautile, du ROV Victor 6000. Des vidéos plus anciennes ou acquises par des équipements particuliers (Cyana, SCAMPI ...) seront progressivement ajoutées.

Cahiers de quart

Les versions papiers des cahiers de quart scientifiques réalisés lors des campagnes océanographiques, ont été numérisées et sont mises à disposition sur le portail Archive Institutionnelle de l'Ifremer.