Bathymétrie : comment calculer le volume de sédiments d’un bassin

Mise à jour : depuis la publication de cet article, nous avons fait évoluer notre méthode de relevé bathymétrique. L’échosondeur bifréquence est désormais embarqué sur un drone aérien, ce qui supprime l’intervention au bord de l’eau et améliore la précision de la mesure.

En bathymétrie, une distinction est essentielle. Le bateau ou le drone équipé d’un échosondeur relève la surface sédimentaire du bassin, mais ne restitue pas ce qui se trouve sous cette couche. Les données recueillies ne représentent donc que la partie visible, le toit du fond de l’eau. Cette limite est sans incidence lorsque l’objectif est de connaître le niveau au-dessus de la couche sédimentaire. Elle devient centrale dès lors que l’objectif est de calculer le volume de cette couche elle-même, ce qui suppose d’aller chercher l’information sous la surface sédimentaire.

La bathymétrie

La bathymétrie mesure les profondeurs et le relief des fonds aquatiques et restitue la topographie des zones immergées avec précision. L’échosondeur embarqué du bateau détecte le fond visible, sans passer au travers de la couche sédimentaire. En couvrant l’ensemble du bassin, cette mesure permet d’établir la topographie sous-marine.

Le calcul de la surface sédimentaire à partir de ces seules données suppose de passer outre cette couche. Trois techniques permettent d’y parvenir.

La modélisation du bassin en 3D

Cette technique nécessite les plans d’origine du bassin. Lorsque le gestionnaire du bassin peut les fournir, nous les utilisons comme base pour recréer le modèle 3D du bassin à l’échelle, dans notre logiciel professionnel. La précision de cette reproduction conditionne la fiabilité du résultat.

Une fois le bassin modélisé, nous procédons au levé bathymétrique. Sur le terrain, notre bateau couvre l’ensemble du bassin à l’échosondeur. Les données recueillies et traitées par nos équipes fournissent les informations topographiques de la surface sédimentaire, sous forme de nuage de points 3D.

Le levé étant géoréférencé et à l’échelle, il ne reste plus qu’à superposer les deux jeux de données pour calculer la totalité du volume sédimentaire. Ces volumes sont ensuite localisables directement dans nos livrables.

Cette étude est déterminante dans l’analyse des zones prioritaires de dragage, en vue de la réhabilitation de certains bassins.

Le relevé à la perche GNSS RTK

Cette seconde technique est exigeante : elle nécessite un niveau d’eau suffisamment bas pour planter la perche jusque sous la couche sédimentaire. Au-delà d’une certaine profondeur, elle n’est plus applicable.

Lorsqu’elle est possible, nous parcourons le bassin en canoë, perche à la main, afin de couvrir la plus grande surface possible. Comme pour la modélisation 3D, le nuage de points GPS obtenu par la perche est comparé au relevé bathymétrique par bateau, ce qui permet de déterminer localement la surface sédimentaire.

Le relevé à l’échosondeur bifréquence

Les ondes sonores se comportent différemment selon leur fréquence et la densité du matériau traversé. Les hautes fréquences détectent avec précision les variations de relief et les objets de petite taille, mais elles sont plus facilement absorbées ou réfléchies par les sédiments. Les basses fréquences, à l’inverse, pénètrent plus profondément avant d’être réfléchies ou atténuées.

En combinant les deux fréquences, l’échosondeur bifréquence dépasse les limites propres à chacune : les hautes fréquences restituent le détail fin de la topographie, les basses fréquences révèlent la structure sous-jacente à travers les sédiments.

Cette technique reste soumise à des limites selon la composition des sédiments et les conditions environnementales du site, mais elle améliore sensiblement la précision de l’étude sous la couche sédimentaire par rapport aux deux méthodes précédentes.

Ce capteur est aujourd’hui embarqué sur notre drone aérien, ce qui permet de couvrir le bassin sans intervention au bord de l’eau ni déploiement d’une embarcation.

Les livrables

Le calcul de volume de sédiments dans son contenant est le livrable central de cette étude. Il prend la forme d’un document planaire indiquant le volume en m³ de la couche de sédiments, ainsi que les variations de terrain de manière localisée. Ce livrable est particulièrement utilisé dans le cadre de rénovations ou de réhabilitations de bassins.

Ces données s’intègrent également au plan topographique du site et, selon les besoins, à une étude topographique plus large portant sur le drainage, les zones de dragage ou les profils du bassin.

Client : Total Energies / Arkema

Objet : calcul du volume de sédiments d’un bassin de décantation.

Besoin : relevé de la surface sédimentaire du bassin par bathymétrie, en vue du calcul de son volume.

Actions sur le terrain : gestion de la sécurité · relevé bathymétrique · relevé photogrammétrique

Actions en post-traitement : modélisation 3D du bassin · traitement photogrammétrique · géoréférencement des données · superposition des données collectées et produites · calcul de volume · production d’un rapport détaillé

Client : Nyrstar

Objet : création d’un plan topographique.

Besoin : relevé de la gare d’eau du site Nyrstar Auby, en vue de rénovations du quai.

Actions sur le terrain : relevé bathymétrique · relevé photogrammétrique · relevé traditionnel au GNSS RTK

Actions en post-traitement : traitement photogrammétrique · post-traitement du levé bathymétrique · géoréférencement des données · superposition des données collectées et produites · production du plan topographique et du rapport détaillé

Client : Séché Environnement

Objet : calcul du volume de sédiments d’un bassin.

Besoin : relevé bathymétrique en vue de déterminer le niveau d’extraction des sédiments, calculer les volumes de remplissage et identifier les zones de dragage prioritaires.

Actions sur le terrain : relevé bathymétrique · relevé photogrammétrique

Actions en post-traitement : modélisation 3D du bassin · traitement photogrammétrique · post-traitement du levé bathymétrique · géoréférencement des données · superposition des données collectées et produites · calcul de volume · production du rapport détaillé

Client : Conservatoire d’espaces naturels des Hauts-de-France

Objet : drainage des eaux.

Besoin : relevé topographique par bathymétrie et lidar, en vue de calculer les axes de drainage pour la réhabilitation de zones marécageuses.

Actions sur le terrain : relevé bathymétrique · relevé par lidar aéroporté · relevé photogrammétrique

Actions en post-traitement : post-traitement lidar · traitement photogrammétrique · post-traitement du levé bathymétrique · géoréférencement des données · superposition des données collectées et produites · calcul des axes de drainage · production du plan topographique