4. Géoréférencement des sites de mesures à Madagascar

4.1. Introduction

Dans le cadre du projet SAFE-M (www.safe-m.fr) Nous avons formé nos collègues malgaches à l’usage du GPS cinématique afin de les aider à mettre en place des stages de terrain avec leurs étudiants. Plus précisément, l’objectif de cette formation est de donner à nos collègues les moyens de géo-référencer les sites de mesures, en particulier les têtes de puits et les sources, afin de pouvoir par la suite établir des cartes, en particulier des cartes piézométriques.

Trois missions en novembre 2022 (Simon Carrière, Danièle Valdes et François Métivier) ont permis de former les collègues malgaches ainsi que des vacataires et des étudiants de M2 à l’usage du GPS cinématique et d’effectuer une première série de référencements à Antananarivo, en Itasy et à Toliara.

4.1.1. Le géoréférencement ques aquo ?

Le géoréférencement consiste à positionner un point dans un repère géographique. Il existe plusieurs méthodes. Les plus anciennes consistent à viser des points depuis une position connue et à calculer leurs coordonnées, relatives au point de visée, en repérant les angles de visée (un horizontal et un vertical) et en mesurant la distance qui sépare la point connu du point visé. L’instrument actuel permettant de réaliser ces visées s’appelle un théodolite (ou station totale quand il est équipé d’un distance-mètre laser). En fonction de la qualité de l’optique de visée et du distance-mètre laser dont il est équipé, un théodolite permet de positionner des points avec une précision millimétrique à centimétrique sur plusieurs centaines de mètres voire plusieurs kilomètres. Le hic c’est qu’il faut voir sa cible. Les antennes GPS (Global Positionning System) permettent de s’affranchir de ce problème. Différentes constellations de satellites (le réseau GPS en est une mais il en existe d’autres GLONASS, BEIDU) émettent des signaux qui sont reçus par des antennes sur terre (comme l’antenne intégrée à votre smartphone). La trajectoire de ces satellites étant connue avec une très grande précision, la connaissance du temps de réception d’un signal émis par un satellite permet de remonter à la distance le séparant du récepteur (votre smartphone). Si on a plusieurs distances (au minimum trois), connaissant la position des satellites au moment de la réception du signal, il est possible après quelques calculs géométriques de remonter à la position de votre téléphone.

4.1.2. La cinématique en temps réel

Les antennes GPS des téléphones portables permettent de cette façon de connaître notre position avec une précision tout fait correcte (de l’ordre de quelques mètres) quand il s’agit de se déplacer. Par contre pour des raisons que je ne détaillerai pas ici elles sont très mauvaises quand il s’agit de donner notre altitude (entre 20 et 30 mètres en moyenne). Or pour établir une carte piézométrique (carte donnant la forme de la surface d’une nappe d’eau souterraine) il faut connaître les coordonnées du point de mesure avec une position décimétrique voire centimétrique.

Pour atteindre une telle précision on utilise des techniques de correction. La plus utilisée à l’heure actuelle se dénomme RTK (real time kinematic ou cinématique en temps réel). Elle consiste à utiliser deux antennes, une fixe nommée la base, une mobile nommée le rover. les deux antennes sont en communication radio constantes et échanges des informations sur les signaux qu’elles reçoivent en temps réel afin d’améliorer la qualité de leur positionnement relatif. la position, relative à la base, des points mesurés avec le rover sera grandement améliorée et atteindra des valeurs centimétriques à décimétriques en fonction des conditions météorologiques et de l’environnement. Si la base est laissée suffisamment longtemps au même point, sa position absolue sur terre peut être obtenue avec une précision millimétrique grâce à des techniques de post-traitement et, partant, il en est de même pour les positions successives du rover. Tout cela prend du temps et rend l’acquisition plus fastidieuse. En outre, base et rover, communiquant par radio, il ne peuvent en règle générale est éloigné de plus de 5-10 km. C’est largement suffisant pour de nombreuses mais pas pour toutes.

4.1.3. Les réseaux de bases

Une amélioration des 20 dernières années pour résoudre cette limitation a donc consisté à installer des bases fixes un peu partout dans le monde et à les connecter au réseau internet. Un opérateur muni d’un rover peut alors grâce à ces réseaux de bases se positionner de façon absolue sur terre avec une précision centimétrique. Une base couvre un rayon de 30km ce qui constitue une très nette amélioration par rapport aux connections radio des systèmes RTK classiques. des réseaux privés se sont développées qui sont accessibles moyennant un abonnement.

Outre Google et les entreprises de génie civil, de grands utilisateurs de ces réseaux sont…les agriculteurs notamment les céréaliers qui grâce à une antenne positionnée sur leur engins agricoles peuvent contrôler au centimètre près leurs trajectoire et donc tenter ainsi d’optimiser la gestion de leurs cultures. Or les abonnements coûtent assez cher. L’INRA a donc eu l’idée géniale de mettre en place un réseau de bases gratuits et surtout ouvert, le réseau Centipede. Toute personne si elle le souhaite peut ajouter une base au réseau pourvu qu’elle en respecte le cahier des charges. Bingo le réseau s’est développé tant et si bien qu’aujourd’hui il serait idiot de payer un abonnement en France métropolitaine. Malheureusement pour nous à Madagascar il n’existe qu’une base, à Mahjanga, très loin des sites qui nous intéressent.

Absence de réseau NTRIP gratuit (hors de question de payer des abonnements prohibitifs que nos collègues ne pourraient pas souscrire !).

4.2. Matériel

Le programme SAFE-M a acheté deux antennes GPS Emlid Reach RS+, dont la gestion a été confiée au IOGA (Institut et observatoire de géophysique d’Antananarivo) pour le compte de l’ensemble des partenaires. Durant la mission de Novembre nous avons en outre utilisé deux antennes Ardusimple.

4.2.1. Antennes Reach RS+

Ce sont des antennes mono-fréquences. Antenne et récepteur sont dans le même boitier. Le matériel est durci pour le terrain. La connectique est donc limitée au maximum: une antenne radio, un connecteur USB de charge et un connecteur DIN d’ajout de batterie supplémentaire. Le contrôle se fait depuis un smartphone en utilisant le wifi. La prise en main est simple et le système fonctionne bien. Le tutoriel RS+ en place sur le site d’EMLID est très complet mais en anglais. Nous avons donc produit une version simplifiée en Français accessible sur le dataverse. à l’issue d’une journée de formation les étudiants de M2 sont partis, seuls, géoréférencer les puits d’un bas-fond situé au nord du campus d’Ankatso.

4.2.2. Antennes Ardusimple

Ce sont des antennes bi-fréquences. le matériel n’est pas durci et demande plus d’attention. Il est en outre plus délicat à installer et mettre en marche. L’antenne et le récepteur sont séparés, les connecteurs sont relativement fragiles. Lors d’une bourrasque à Toliara, Notre base a chuté sous la poussée du vent. L’antenne n’a pas été endommagée, par contre une des prises du récepteur a été arrachée. Ceci étant l’avantage d’Ardusimple c’est que qu’on peut ouvrir les connecteurs et souder assez simplement les cartes. C’est donc réparable surtout à Toliara où l’on trouve quantité d’échopes en tout genre pour la réparation de tous types d’appareils électroniques !

Les tutoriels en ligne sont plus ardus. Ardusimple est vraiment un système fait pour les geeks. Il est cependant intéressant à comprendre et maîtriser car ce sont des antennes que l’on peut installer en statique et connecter au réseau NTRIP Centipede de l’INRA ce qui pourrait constituer un de nos objectifs de moyen terme.

L’intérêt des antennes Ardusimple réside en outre et surtout dans l’acquisition double fréquence. Dans des conditions difficiles comme à Antananarivo (énormément de dénivelé et de ferraille, des antennes sauvages partout etc…). Les antennes bi-fréquences continuent de fonctionner là où les antennes mono-fréquences sont perdues.

4.3. Méthode de travail

• Utilisation des antennes GPS avec une base statique qui mesure plusieurs heures pendant que le rover se référence par rapport à la base. Positionnement en z entre 1 et 20cm suivant les conditions.

• en moyenne ~10-20 puits/sites référencés par jour !

• Si possible post-traitement des logs rinex des bases pour obtenir leur position absolue. avec les RS+ précision de la base à 0.5 m.

4.3.1. Antananarivo:

Fig. 4.1 Géoréférencement de puits dans le bas-fond D’Ankatso. à gauche vue du bas-fond, au centre Base Emlid et Rovers Emlid et ArduSimple, à droite référencement d’un puits de particulier.

• Géoréférencement de puits dans un bas-fond au nord d’Ankatso. Utilisation des antennes ReachRS+

• La base est positionnée dans le bas-fond en bordure de champs afin d’avoir une bonne visibilité sur le versant alentour.

• La base a été positionnée au même endroit durant trois journées. à chaque fois deux puits sont remesurés afin de corriger des erreurs de repositionnement de la base.

• Repositionnement par rapport au point géodésique du IOGA à l’aide des antennes Ardusimple (la base était sur le point géodésique et le rover avec nous). En moyenne dans le bas-fond le rover Ardusimple ne communiquait pas avec sa base. Cependant au sommet d’une des collines nous avons pu faire un point commun ReachRS et Ardusimple et donc positionner l’ensemble des points de mesure par rapport au point géodésique du IOGA (que nous avons remesuré par la suite car il s’est avéré très faux)

• Lors d’une quatrième séance la base a été positionnée plus en aval.

• Pas de log rinex pour l’instant.

• Un statique du point géodésique avec les ReachRS a montré que le point était faux de plusieurs mètres…

4.3.2. Itasy:

Fig. 4.2 Géoréférencement de site en Itasy à proximité du Campus de l’université. À gauche source, au centre puits du campus, à droite positionnement de la base ArduSimple sur le campus.

Mesures effectuées avec Ardusimple durant une journée autour du campus. Tous les points sont positionnés en RTK autour de la base qui se trouvait dans le campus.

4.3.3. Toliara:

Fig. 4.3 Géoréférencement de puits à Toliara. À base positionnée sur le toit du couvent de la sainte famille, au centre puits particulier, à droite mesure piézométrique.

Durant son stage Nanozah a répertorié plusieurs centaines de puits dans Toliara. Durant nos séjours à Toliara nous avons pu en référencer quelques dizaines. lors de la première mission (Simon & François) nous avons utilisé les antennes Ardusimple, lors de la seconde mission (Danièle) nous avons utilisé les antennes ReachRS.

Après plusieurs essais et erreurs la technique adoptée a consisté à positionner la base suffisamment longtemps (entre 5 et 7h) afin d’obtenir un point statique précis à 0.5m en z. Dans ces conditions les puits de la journée sont positionnés avec une précision de quelques cm autour de la base du jours. Le positionnement statique permet quand à lui d’établir une carte globale des positions des puits avec une incertitude de l’ordre de 0.5-1m. C’est largement suffisant pour les cartes horizontales et correct pour la piézométrie.

Dernière modification le 2023-11-27