- Topographie spéléologique
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Sommaire
Pourquoi topographier sous terre ?
La topographie définit la cavité et les travaux entrepris par les spéléologues. Elle permet de garder une trace écrite et exploitable de la cavité. Sans cela une cavité ne serait qu'un point comme un autre sur une carte. Grâce aux mesures faites sous terre les spéléologues établissent un plan et une coupe qui définiront les caractéristiques de base de la cavité en termes de développement (longueur) et de dénivelé. Sur ces plans de base peuvent figurer d'autres informations selon la cavité : écoulement d'eau, courant d'air, concrétions, géologie...
Utilisation des topographies
Par les spéléologues
Dans un premier temps la topographie sert à visualiser la progression des spéléologue qui découvrent la cavité pour la première fois. La topographie a alors valeur de publication scientifique pour présenter et répertorier leur travaux.
En dehors du domaine spécifique de l'exploration, la topographie répond à plusieurs besoins :
- – permettre l'orientation du spéléologue sur un plan. Certains réseaux souterrains étant relativement vastes le risque de se perdre est loin d'être négligeable ;
- – préparer une sortie en visualisant les obstacles à franchir. La topo sert alors de feuille de route, elle aident notamment à préparer les longueurs de cordes pour les gouffres ;
- – trouver un refuge pour établir un bivouac ou en cas de montée des eaux ;
- – mettre en évidence des liaisons entres plusieurs cavités.
Dans le domaine public
Les topographies souterraines ont deux domaines d'applications principaux : la géologie et l'hydrogéologie. Dans le cas de la géologie l'orientation d'une cavité définit souvent l'orientation de failles et de différents pendages. La cavité agissant comme un forage naturel, on peut établir des coupes stratigraphiques précises en se fondant sur les topographies souterraines.
Dans le cadre de l'hydrogéologie, l'utilisation des topographies souterraines répond souvent à un besoin en eau potable des collectivités. Dans ce cas les topographies sont utilisées pour positionner les captages dans un vide karstique au plus proche de l'aquifère, ainsi que des périmètres de protection pour les sources.
À titre ponctuel les topographies souterraines sous également utilisés dans les travaux publics notamment dans les études pour les tracés de voies ferrées, tunnels autoroutier ou conduites de gaz.
L'exécution des relevés
Le matériel indispensable
L'outil de base du topographe souterrain est la boussole ou le compas de relèvement. De nombreux modèles existent dans le commerce, de la simple plaquette de poche au compas de précision, les prix variant en conséquence, mais la plupart de ces engins sont inadaptés à un usage intensif sous terre. Certains sont trop sensibles aux chocs, d’autres pas assez lisibles dans l’obscurité, d’autres encore, à l’étanchéité douteuse, ne supportent pas l’immersion prolongée dans l’eau ou le contact avec la boue liquide. Le choix est donc difficile, mais les compas plaquettes suédois, peu coûteux car destinés initialement à la course d'orientation sont robustes, précis, étanches, peu sensibles à la glaise, légers et discrets et semblent donc donner satisfaction. Les plans dressés avec ces instruments supportent honorablement la comparaison avec les relevés officiels effectués par des spécialistes, pourtant équipés d’un matériel bien plus onéreux.
Le reste de l'équipement se compose d'un mesureur à fil perdu (par exemple Topofil (C)) ou, à défaut, d’un ruban métreur d'une cinquantaine de mètres, si possible en plastique, d'un carnet de topographie, d'un crayon à papier à mine robuste et d'un clinomètre pour la mesure des angles de dénivellation. L'ensemble de ces matériels est rangé dans une petite trousse en forte toile que l’on peut porter autour du cou. Depuis quelques années, des télémètres laser sont disponibles. Ils apportent une précision et un confort de mesure incomparables.
Les relevés
La méthode la plus couramment utilisée sous terre est la « procédure indirecte » ou « goniométrique ». Elle consiste, en permanence au cours de l’expédition, à consigner par écrit caps, distances, inclinaison et profils de galeries dans un petit carnet. Le plan définitif de la cavité ne sera établi qu’au retour en surface, à partir des notes prises sous terre.
Relevés d'azimuts et de distances
En mathématique, une ligne courbe est assimilable à une série de segments de droites mis bout à bout. Il en va de même en topographie. Le parcours sinueux d'une galerie peut être divisé en portions de droites dont il est très facile de mesurer l'azimut magnétique à la boussole, la longueur avec le topofil ou le mètre ruban, et la pente à l’aide d’un clinomètre. Ces données, complétés par de petits croquis de la morphologie des conduits, sont soigneusement portés sur le carnet de topographie pour être exploités ensuite en surface.
Attention, toutefois, aux particules de fer contenus dans certains calcaires et dont la présence au cœur de la roche peut engendrer des erreurs dans les relevés de caps magnétiques. La pratique systématique de la visée inverse (visée de contrôle) permet de se prémunir de ce risque insidieux.
Le principe est assez simple : si, par exemple, un segment de galerie est orienté au cap 025, une visée inverse effectuée à l'extrémité opposée du segment devra donner un cap inverse au 205. Si le cap inverse mesuré diffère de cette valeur, il existe sans doute à cet endroit une anomalie magnétique suffisamment importante pour fausser les mesures. Dans ce cas, à moins de bénéficier de connaissances étendues pour apprécier l'importance du phénomène et en corriger les effets par le calcul, le seul recours consiste à travailler, non plus avec la boussole, désormais inefficace, mais avec un théodolite dont le principe repose sur la mesure des angles. C'est là une technique d'exception, généralement réservée aux spécialistes.
Relevés de dénivellations
En plus des relevés d’azimuts, il convient également de mesurer la pente des galeries à topographier. Pour chaque segment de droite, on relèvera donc au clinomètre les angles de pente en utilisant l'horizontale comme référence. L’unité retenue est généralement le degré, mais certains topographes travaillent encore avec des grades ou degrés centésimaux. Par convention, les descentes sont considérées comme des pentes négatives et les angles correspondants sont affublés du signe « - ». À l’inverse, les angles de montées sont notés « + ».
Il existe dans le commerce des clinomètres spécialisés, mais on peut en fabriquer un soi-même avec une grande facilité. Un simple rapporteur convenablement lesté dans le sens vertical, articulé sur une règle plane peut faire l'affaire, malgré une certaine fragilité. D'autres fabrications plus élaborées donnent plus de satisfactions.
L’ensemble des données de pente et de distance permettront, grâce à de simples calculs trigonométriques, de déterminer avec précision la longueur exacte sur le plan d’une galerie ou d’un segment de galerie topographié, ainsi que son dénivelé.
Relevés des profils caractéristiques
Lorsque l'on dresse le plan de la cavité, les mesures effectuées dans les segments de galeries ne suffisent pas à donner une image réaliste du réseau. Le dessin définitif devra, suivant les cas (vue de dessus ou de côté), comporter des indications de largeurs et de hauteurs, ainsi que les profils caractéristiques des galeries visitées. Dans chaque segment, il faudra donc porter ces indications sur le carnet de topographie et les prendre en compte lors du travail final sur papier.
Le carnet de topographie
Un carnet de topographie bien tenu comportera donc impérativement les rubriques suivantes pour chaque segment de galerie : identification du segment, longueur du segment mesurée sur le sol, azimut magnétique du segment, angle de dénivellation, largeurs caractéristiques en divers points du segment, hauteurs caractéristiques en divers points du segment.
Ces informations pourront être complétées par des croquis représentant la section de la galerie en certains points remarquables du segment considéré.
Le travail en salle
Tous les relevés consignés dans le cahier de topographie lors de la descente vont permettre d'établir un plan en vue de dessus (le plus utilisé) et une représentation en vue de côté, généralement orientée dans le sens du plus grand développement. Ces dessins seront enrichis de croquis représentant les profils caractéristiques des galeries.
L’orientation des conduits devra sans doute être corrigée car tous les caps relevés lors de l’exploration de la grotte ont été mesurés avec une boussole par rapport au nord magnétique. En bien des endroits, ce dernier diffère sensiblement du nord géographique, la seule référence universelle en topographie. Le dessin final devra tenir compte de cette réalité et, si l’on veut effectuer un travail soigné, il faudra convertir les caps magnétiques en caps géographiques en leur ajoutant ou retranchant selon le cas la valeur de la déclinaison magnétique effective lors des relevés.
Le recours aux logiciels spécialisés
Le dessin en salle permet de dresser à peu de frais des plans très représentatifs des cavités visitées, mais cela demande beaucoup de temps et c’est sans doute pour cette raison que certains spéléologues font appel à l’informatique pour réaliser la mise au net de leurs données topographiques. De nombreux logiciels de qualité existent et sont couramment utilisés.
Au retour d’expédition, il faut injecter dans le logiciel les données relevées sous terre et consignées dans le carnet de topographie. Cette opération s’effectue généralement dans une grille de saisie. Chaque point remarquable du réseau pourra bénéficier d’un commentaire particulier, et la description de la cavité sera encore plus réaliste si les commentaires sont complétés par des photos numérisées des différentes salles et galeries.
Une fois les données saisies, le logiciel effectue tous les calculs nécessaires et propose, au choix, un plan filaire, une coupe perpendiculaire à l’axe de vision (paramétrable), une coupe développée étirant toutes les galeries dans le même plan pour évaluer les distances de progression, un diagramme d’orientation générale des galeries, une animation circulaire, une animation 3D et, sous certaines conditions (saisies supplémentaires), une présentation des coupes de galeries.
Le logiciel de topographie spéléo le plus célèbre est Toporobot[1] de Martin Heller.
Parmi les logiciels français, citons:
- Visual Topo[2], écrit par Éric David, très utilisé en France
- GNU Hades Topo (Hades -2000)[3], écrit par Jean-Pierre Cassou, et entièrement compatible avec Toporobot. Ce logiciel comporte un module de dessin (GHCaveDraw), dont le format texte des données est un langage, qui suit les déplacements de la polygonale calculée par GHTopo
Logiciel GHTopo
- Cyber Topo[4], écrit par Éric Sibert.
D'autres logiciels majoritairement anglophones sont aussi apparus en tirant profit du système open source "Survex (en)". Ces logiciels ont la particularité de générer automatiquement les rendus LRUD (Gauche Droite Haut Bas) à partir des croquis terrain, évitant ainsi la phase de finalisation sur des logiciels tiers tel qu'Illustrator. La plupart de ces logiciels ont ajouté une interface utilisateur simple, citons entre autres :
- (en)Thérion[5] développé par Martin Budaj et Stacho Mudrák qui bénéficie entre autres d'une documentation francophone[6].
- Tunnel[7] utilisant une interface Java.
- Walls[8] utilisé principalement au Texas
Fiche d'équipement
Le résultat de tous ces travaux est ce que le spéléologue appelle la topo qui contient la localisation de la cavité, la difficulté, le temps de visite, le plan, souvent une description du cheminement avec les points remarquables (du genre, à la base du puits, empruntez la galerie étroite qui part sous un gros bloc, puis, immédiatement à droite, la cheminée montante,...) et, si nécessaire une fiche d'équipement. La fiche d'équipement liste de manière succincte le matériel à emporter, par exemple, C-15, désigne une corde de 15 mètres pour équiper un P-10 (puits de 10 mètres), elle comprend aussi le nombre de mousquetons,... Cela permet de préparer juste le matériel nécessaire à la visite.
Notes et références
- Martin Heller, « Toporobot, l'ordinateur au service du spéléologue-cartographe »
- Éric David, « Visual Topo »
- Jean-Pierre Cassou, « SiliconCavnigs, Les logiciels de la suite HADES »
- Éric Sibert, « CyberTopo 2 »
- Martin Budaj et Stacho Mudrák, « Therion: new approach to cave surveying »
- Therion wiki
- Tunnel is a free Java program for drawing cave surveys based on Survex-compatible data.
- Texas Speleological Survey, « WALLS - Tools for Cave Survey Data Management »
Voir aussi
Liens internes
Liens externes
Wikimedia Foundation. 2010.
