La surface sous l'eau – Guide des données bathymétriques dans Global Mapper

En hydrographie, la bathymétrie désigne la mesure de la profondeur des océans et autres étendues d'eau. Ces mesures de profondeur permettent de créer une carte ou un modèle 3D décrivant la topographie sous-marine. Le fond océanique étant représenté par une surface 3D quadrillée, tous les outils d'analyse de terrain disponibles dans Global Mapper peuvent être utilisés pour visualiser, modifier et analyser les données.

Création d'un modèle du fond océanique

La collecte de données sous-marines présente des défis uniques, notamment la présence d'eau recouvrant le terrain. Pour collecter des données 3D sur terre, la technologie lidar utilise des échos ponctuels basés sur les impulsions lumineuses réfléchies par la surface. Or, l'océan empêche l'utilisation de cette méthode pour collecter des données tridimensionnelles des fonds marins. Avec plus de 70 % de la surface terrestre recouverte par les océans, une immense superficie reste à explorer, nécessitant le recours à d'autres méthodes de collecte de données.

Les données bathymétriques peuvent être collectées de plusieurs manières, mais la plupart utilisent le sonar. Au lieu d'utiliser la lumière, comme pour la collecte de données lidar, des faisceaux acoustiques sont envoyés sous l'eau, et les propriétés de leur écho sont enregistrées pour constituer un ensemble de données 3D.

Lorsqu'un sondeur acoustique émet des impulsions, les propriétés de ces ondes sont enregistrées afin de déterminer la topographie et d'autres caractéristiques du terrain sous-marin. Source de l'image

L'appareil servant à émettre et à recevoir des faisceaux acoustiques est appelé sondeur acoustique. Selon la nature du plan d'eau étudié et le modèle d'appareil utilisé, des faisceaux uniques ou des réseaux de faisceaux sont émis. Pour les cours d'eau peu profonds et de faible profondeur, un sondeur acoustique embarqué peut émettre des faisceaux uniques. En revanche, pour cartographier les profondeurs océaniques, on utilise plusieurs faisceaux et, selon le type de données à collecter, des sondeurs acoustiques autonomes peuvent être déployés afin de s'affranchir de la collecte de données depuis un bateau habité.

À partir des impulsions acoustiques enregistrées, une couche de données est générée, composée de points décrivant la topographie sous-marine. Ces données brutes, chargées dans Global Mapper, peuvent être traitées comme n'importe quel autre nuage de points et interpolées pour créer une surface de terrain 3D. Une fois les données bathymétriques interpolées afin de créer un modèle de surface du fond marin, tous les outils d'analyse de terrain de Global Mapper peuvent être utilisés pour l'édition et l'analyse des données. Ce processus de génération de la couche interpolée est généralement effectué par l'organisme qui a collecté les données. Lors de leur livraison, les données sont déjà au format interpolé 3D et prêtes à être chargées et analysées dans Global Mapper. 

Téléchargées depuis le portail de données GEBCO , ces données 3D se chargent dans Global Mapper sous forme de grille de terrain.

Données raster et graphiques

Outre les données 3D décrivant la topographie des fonds marins, de nombreuses autres cartes et plans existent pour fournir des informations sur les océans du globe. Global Mapper donne accès à diverses sources en ligne publiques, notamment des images bathymétriques. La Carte bathymétrique générale des océans (GEBCO) et les cartes de base de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sont toutes deux des couches d'images raster en relief ombré, utiles pour les cartes de base ou comme point de départ pour une exploration initiale d'une zone cible. 

Une image ombrée montrant le terrain peut facilement être intégrée à Global Mapper pour n'importe quelle zone de projet. 

Les cartes de navigation contiennent une mine d'informations sur les fonds marins, la surface de la mer et les caractéristiques côtières, consultables dans Global Mapper. Les cartes de navigation raster (RNC) et les cartes de navigation électroniques (ENC) au format vectoriel offrent un niveau de détail bien supérieur aux images raster ombrées diffusées en ligne. Les couches ENC incluent des mesures bathymétriques, les limites terrestres et des informations complémentaires sur les fonds marins et les courants marins, le tout au format vectoriel, ce qui rend ces données parfaitement adaptées aux logiciels SIG. Les entités vectorielles de ces cartes peuvent être recherchées, filtrées et modifiées comme n'importe quelles autres données vectorielles dans Global Mapper.

Les cartes de navigation vectorielles peuvent être téléchargées depuis le site de la NOAA et chargées dans Global Mapper. Les éléments peuvent ensuite être stylisés et modifiés selon les besoins.

Visualisation des données bathymétriques

Grâce aux données 3D des fonds marins et à un fichier RNC chargé, Global Mapper peut texturer la carte raster en appliquant un ombrage aux données 3D. Cet outil de fusion de calques, activé dans les options d'affichage de l'image raster, crée un calque contenant les étiquettes et les informations ponctuelles de la carte, superposé au relief ombré des cartes de base GEBCO et NOAA. 

La carte de navigation raster (RNC) est texturée à l'aide des données GEBCO téléchargées.

En isolant les données de surface 3D et en utilisant un shader personnalisé dans Global Mapper, les couleurs de relief ombrées GEBCO peuvent être appliquées pour créer une visualisation similaire dans les données 3D. 

Au lieu d'utiliser un shader intégré pour la grille bathymétrique, un shader personnalisé est utilisé pour afficher la profondeur dans différentes nuances de bleu. 

Explorez les caractéristiques bathymétriques du profil du chemin

Pour examiner plus en détail les caractéristiques bathymétriques et les variations d'altitude du fond marin, l'outil Profil de trajectoire permet de générer une coupe transversale du terrain. De plus, l'outil Profil de trajectoire perpendiculaire permet de créer des vues en coupe parallèles le long des données. Cette fonctionnalité permet d'examiner et de mesurer le terrain par paliers le long d'une crête.

Un profil de trajectoire perpendiculaire crée une série de vues en coupe transversale le long de la ligne tracée. 

Ces vues en coupe peuvent être exportées sous forme d'images, de fichiers PDF ou enregistrées comme lignes vectorielles 3D dans l'espace de travail. Ces lignes décrivant le terrain peuvent être modifiées dans Global Mapper ou exportées vers n'importe quel format vectoriel compatible. 

Chaque profil peut être enregistré sous forme de ligne 3D et affiché dans les vues 2D et 3D. 

Analyse du terrain 

Il est possible de filtrer les données par altitude (ou profondeur) depuis la boîte de dialogue Options de couche. L'onglet Modifier les valeurs d'altitude permet de définir la plage d'altitude valide. Les zones situées en dehors de cette plage seront masquées dans Global Mapper, ce qui aura pour effet de rogner les données en fonction de l'altitude. 

La grille GEBCO téléchargée contient des données sur le relief des fonds marins et des terres émergées. En filtrant par altitude, la zone d'intérêt peut être restreinte aux zones situées à une altitude inférieure au niveau de la mer (0 mètre).  

Grâce aux données topographiques sous-marines 3D au format de grille de terrain, tous les outils d'analyse de terrain disponibles dans Global Mapper peuvent être utilisés pour explorer plus en détail une zone d'étude. Les courbes de niveau, ainsi que les sommets et les dépressions, peuvent être facilement identifiés avec l'outil « Générer des courbes de niveau ». Cet outil fonctionne de la même manière, que vous considériez des données terrestres ou bathymétriques 3D. 

Les courbes de niveau générées à partir des données 3D de GEBCO indiquent les altitudes des points hauts locaux.

Édition de terrain

L'entretien des chenaux de navigation est une préoccupation majeure pour les analystes bathymétriques. En effet, la dynamique naturelle des fonds marins y entraîne souvent une accumulation de sédiments et des obstructions. Global Mapper propose une gamme d'outils permettant de simuler le dragage en créant une surface modifiée et en calculant la quantité de matériaux à extraire. Pour modifier le terrain bathymétrique, tous les outils d'édition de terrain de Global Mapper sont disponibles. L'outil « Peinture de terrain » permet de modifier directement les valeurs de profondeur de la grille bathymétrique en traçant des lignes avec le curseur. En utilisant comme guide un vecteur 2D indiquant l'axe du chenal, cet outil permet de modifier manuellement le terrain afin de modéliser le chenal dragué à l'approche d'un port. 

L'option « Définir la hauteur du terrain » permet d'abaisser l'altitude du canal dans la grille du terrain. Le long de la ligne tracée, le canal sera positionné à la hauteur spécifiée, puis fondu dans la zone environnante selon la distance de lissage définie. 

Un outil de type pinceau linéaire est utilisé pour tracer le long de l'axe central du chenal existant afin d'aplanir le terrain le long de cette ligne.

Au final, le terrain est modifié pour simuler une dépression à la surface, au niveau du chenal. Le chargement, ou la création d'une version non modifiée de cette grille de terrain, permet une comparaison sur un profil de chemin traversant le chenal. L'outil de mesure de volume peut ensuite être utilisé pour calculer le volume de matériau en soustrayant les valeurs de profondeur par pixel d'une couche à celles de l'autre.

La vue en coupe transversale, qui présente plusieurs couches, permet de voir clairement comment le terrain a été modifié pour créer ce canal. 

Grâce aux données librement accessibles et aux outils de Global Mapper, les données bathymétriques peuvent être explorées et analysées au même titre que n'importe quelle autre couche de terrain. L'ensemble des outils et des formats pris en charge par Global Mapper permet de réaliser une analyse complète de la topographie sous-marine. Des outils tels que la modélisation du terrain et le calcul des volumes facilitent la planification de projets de recherche et de construction côtiers et marins. 

La dernière version de Global Mapper Pro intègre plusieurs améliorations, dont beaucoup concernent l'analyse des données bathymétriques. Si cet article vous a intéressé et que vous souhaitez savoir si Global Mapper est l'application qu'il vous faut, téléchargez une version d'essai gratuite de 14 jours et demandez une démonstration dès aujourd'hui !

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Références: 

Administration nationale des océans et de l'atmosphère. « Qu'est-ce que la bathymétrie ? » Service national des océans de la NOAA , 26 février 2021, oceanservice.noaa.gov/facts/bathymetry.html.

Boldt, Justin. Relevés bathymétriques , USGS, www.usgs.gov/centers/oki-water/science/bathymetric-surveys?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects.