Gestion des ressources en eau contenues dans les grottes avec le BLK2GO et le Centre d'Hydrogéologie et de Géothermie de Neuchâtel

En Suisse, les aquifères karstiques représentent une part importante des réserves naturelles d'eau. Il s'agit d'un réseau naturel essentiel qui pique la curiosité des chercheurs depuis toujours. Au Centre d'Hydrogéologie et de Géothermie de Neuchâtel (CHYN), une équipe de scientifiques dirigée par le Professeur Phillipe Renard et accompagnée par le Dr. Tanguy Racine, climatologue, a lancé une initiative qui vise à obtenir des connaissances approfondies sur ces ressources.    

L'objectif est clair : étudier la physique des écoulements d'eau dans les grottes ou les conduits karstiques souterrains au moyen d'une technologie innovante (notamment le Leica BLK2GO et un appareil d'éclairage fourni par Méandre Technologie), afin de combler les lacunes dans la connaissance des aquifères, impossibles à couvrir en utilisant les méthodes de mesure et de modélisation traditionnelles.  

 

Plongée dans les formes des karsts souterrains

D'après l'Institut d'études géologiques des États-Unis, « [l]es zones karstiques se caractérisent par des reliefs typiques (sources, grottes, dolines) et une hydrogéologie unique qui rend les aquifères très productifs mais extrêmement vulnérables à la contamination. » Pour les aquifères karstiques étudiés par le CHYN, le projet impliquait une cartographie détaillée des surfaces internes des cavités karstiques, afin de comprendre l'écoulement de l'eau et la contamination, parmi d'autres facteurs.  

L'objectif était de créer des jumeaux numériques composés de nuages de points 3D, d'images panoramiques colorées et de maillages de haute résolution. L'équipe est allée explorer différents endroits, notamment la Grotte de la Cascade de Môtiers et les Grottes de Vallorbe.    

Ce périple à travers des kilomètres de conduits karstiques nécessitait une technologie de numérisation mobile de pointe. L'outil choisi aux fins cette entreprise est le BLK2GO, car il représente une solution adéquate pour cette tâche qui nécessite un moyen efficace de capturer cette géométrie complexe efficacement. Avec le BLK2GO, les chercheurs ont pu cartographier rapidement des surfaces étendues, avec une plus grande mobilité qu'en numérisation traditionnelle.    

En capturant chaque caractéristique typique, que ce soit un conduit vertical, un tunnel ou une zone d'éboulis, l'efficacité du BLK2GO a permis à l'équipe d'adapter sa stratégie de capture des données en conséquence, afin de capturer toutes les zones souhaitées. Ce qui n'aurait peut-être pas pu être mesuré auparavant est rapidement devenu des nuages de points 3D précis de chaque zone dont les chercheurs devaient rendre compte.  

 

Éclairer le sombre réseau de grottes souterraines

La qualité de l'éclairage faisait partie des principales difficultés de cette expédition souterraine. Dans un environnement naturellement privé de lumière, il était essentiel de faire en sorte que le BLK2GO puisse capturer toutes les données efficacement. La création de nuages de points colorisés repose sur l'éclairage, lequel n'est habituellement pas fourni par les scanners eux-mêmes. Ils s'appuient soit sur la lumière naturelle, soit sur une lumière artificielle pour éclairer la scène, afin de pouvoir capturer les images qui viennent ensuite coloriser les données capturées par le LiDAR.      

Toutefois, les chercheurs ont relevé le défi de trouver une solution afin de produire le niveau d'éclairage nécessaire pour capturer les nuages de points colorisés tout en se déplaçant.

L'équipe a utilisé un système d'éclairage spécialisé, conçu par Méandre Technologies. Cet appareil d'éclairage complémentaire se fixe facilement en bas de la poignée du BLK2GO, qui reste léger. Il a éclairé les conduits afin de permettre aux chercheurs de capturer chaque détail nécessaire en combinant les données géométriques et les couleurs, ce qui a été très bénéfique pour ce travail.  

 

Création de jumeaux numériques des aquifères et des conduits

Au retour du terrain, l'étape suivante consistait à traiter les données acquises. À l'aide du programme Leica Cyclone REGISTER 360 PLUS, l'équipe a traité et nettoyé les nuages de points 3D colorisés, afin de les condenser sous une forme plus accessible en vue d'une analyse géomorphologique efficace.    

Ensuite, elle a créé plusieurs maillages dans Leica Cyclone 3DR, lesquels mettent en lumière les caractéristiques géométriques des conduits karstiques. 

Autre difficulté notable pendant cette étude, le GNSS n'était pas disponible sous terre pour lever les points de contrôle, et l'équipe a dû créer un nuage de points continu pour le réseau de cavernes. En s'appuyant sur la technologie GrandSLAM, elle a pu capturer les cavités karstiques efficacement. Pour numériser les distances supérieures à 100 m, l'équipe procédait par boucles fermées en terminant la numérisation à l'endroit où elle avait commencé. Ainsi, le BLK2GO était capable de reconnaître les caractéristiques identiques pour aligner le long nuage de points correctement, et les chercheurs ont pu vérifier que le modèle 3D de la caverne n'avait pas subi de décalage pendant les longues marches.      

 

Analyse des réseaux aquatiques souterrains

Les jumeaux numériques très détaillés capturés par le BLK2GO et créés par l'équipe ont joué un rôle essentiel dans l'examen et la synthèse de la géométrie des réseaux de conduits aquatiques souterrains. Par exemple, leur utilisation pour modéliser la vitesse à laquelle les contaminants hydriques sont transportés sous terre est inestimable. Avec la représentation des données 3D en main, les scientifiques ont pu surveiller des zones potentiellement propices à la contamination et évaluer la vulnérabilité des ressources en eau au moyen de perspectives analytiques. Cette mesure proactive promet une amélioration de la salubrité de l'environnement et une gestion efficace des ressources en eau.      

En ce qui concerne l'estimation de la capacité de débit, les jumeaux numériques se sont révélés indispensables. En effet, la compréhension des détails géométriques des conduits karstiques, de leur forme, des caractéristiques de débit à chaque sinuosité, ainsi que de la présence et de l'organisation spatiale des caractéristiques qui génèrent des résistances, est vitale pour pouvoir estimer les débits précisément. En mesurant les aquifères karstiques et leurs sections transversales avec les données du BLK2GO, l'équipe a pu construire des modèles de prévision fiables concernant le débit d'eau, l'efficacité et la capacité à l'intérieur de ces conduits. Ces données ont eu de l'influence sur la gestion des ressources en eau et l'élaboration de politiques en vue d'une utilisation durable de l'eau.      

 

Avancées de l'étude des aquifères karstiques

Ce projet a permis de mettre en lumière (littéralement !) les excellentes capacités du Leica BLK2GO et la promesse que cette technologie de numérisation laser 3D portative va favoriser l'avancée des connaissances sur les ressources naturelles. Le BLK2GO a réussi à capturer les données en une seule fois. En rendant les multiples visites sur le terrain inutiles, il a permis d'optimiser l'efficacité générale du projet.    

Pour le Dr. Racine et l'équipe du CHYN, le BLK2GO a répondu aux exigences liées à la capture de données dans des environnements souterrains, sombres et confinés. Sa capacité à capturer des ensembles de données de manière fiable et rapide dans ces conditions, en particulier avec l'aide de l’appareil d'éclairage de Méandre Technologie, a ouvert la voie à une connaissance plus approfondie et à une meilleure utilisation de ces importantes ressources en eau suisses.  

Dans un contexte d'avancée des études climatiques et de la recherche pour une gestion plus durable des ressources en eau, l'idée de numériser des espaces autrefois inatteignables, de capturer des données auparavant inaccessibles et ainsi de mieux comprendre notre écosystème va guider les chercheurs vers une réelle compréhension des réseaux d'aquifères à Môtiers et dans les Grottes de Vallorbe.

Le travail du Dr. Racine et de son équipe nous fait voir un avenir dans lequel la technologie est un moyen de se connecter aux réseaux aquatiques souterrains qui étaient autrefois difficiles à atteindre ou à mesurer et à surveiller. Ces scientifiques sont en train d'apprendre le fonctionnement exact de ces aquifères, ces conduits et ces cavernes, ce qui aidera les chercheurs et les autorités responsables des travaux publics à surveiller l'utilisation des ressources en eau et à en créer de nouvelles, plus durables.  

 

Le succès nait de la rencontre d'une planification soigneuse et d'une technologie intelligente. Pour en savoir plus sur la numérisation laser portative avec le Leica BLK2GO, cliquez ici.