OMEAA, une plateforme mutualisée en soutien à la recherche et à la formation

OMEAA (Observation et Mesure des Environnements Actuels et Anciens) est une plateforme technologique dédiée à la métrologie de terrain et aux analyses en laboratoire. Installée depuis 2011 dans les locaux de l’Institut de Recherches Géographiques (IRG) du campus Porte des Alpes de l’Université Lyon 2, elle permet de soutenir les recherches en géomorphologie, géoarchéologie, et plus largement dans les sciences de l’eau et de l’environnement.

Co-portée par les laboratoires Archéorient (UMR 5133) et Environnement Ville Société (EVS, UMR 5600), rattachés respectivement à l’Institut des Sciences Humaines et Sociales (INSHS) et à l’Institut Écologie et Environnement (INEE) du CNRS, la plateforme est animée par une équipe formée de personnels CNRS (3 ITA et 2 CR) et d’une gestionnaire de l’Université Lyon 2. Elle apporte un soutien technique et logistique pour les projets de chercheur.es, enseignant.es-chercheu.ses, postdoctorant.es ou étudiant.es en doctorat et master. Actuellement, la plateforme participe à une vingtaine de programmes et projets de recherche nationaux et internationaux (ANR, Studio IMU, Booster EUR H2O’Lyon, APPI ULL2). Elle est également un support pour les recherches menées dans le cadre de la l’OTHU (Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine), la Fédération de Recherche BIOENVIS (Biodiversité, Eau, Environnement, Ville & Santé), la ZABR (Zone Atelier Bassin du Rhône), l’Observatoire Hommes-Milieux Vallée du Rhône, l’OSR (Observatoire des Sédiments du Rhône) et pour différentes formations de master et de licence dispensées par l’Université Lyon 2 (GDE, Sciences de l’eau, GEONUM, L3 environnement, LproMAEP).

La plateforme s’étend sur environ 220 m2 de surfaces réparties en cinq laboratoires analytiques, ainsi que des espaces dédiés au stockage (échantillons scientifiques, matériels de terrain) et aux développements expérimentaux.

Des analyses en laboratoire pour comprendre le fonctionnement passé des environnements
  • Du matériel pour la préparation et la conservation des échantillons

Une part importante des recherches menées à la plateforme OMEAA concerne l’étude des paléoenvironnements via l’analyse de carottes sédimentaires et d’échantillons prélevés sur des coupes sédimentaires naturelles et mécaniques. Un premier laboratoire vise à décrire et préparer les échantillons collectés sur le terrain (fig. 1). Il est équipé de balances de précision, de tamis, d’étuves, d’un broyeur automatique ainsi que du matériel nécessaire au tri magnétique des minéraux. Attenante à ce laboratoire, une chambre froide (fig. 2) permet de stocker les carottes sédimentaires ainsi que les matériaux environnementaux ou archéologiques dans des conditions thermiques contrôlées afin d’assurer leur conservation optimale.

Fig. 1 : Ouverture d’une carotte sédimentaire d’un lac du Moyen Atlas marocain, projet PaleoMeX Maghreb-INEE, photo A. Barra
Fig. 2 : La carothèque en chambre froide, photo A. Barra

Une station d’imprégnation et de litholamellage (caisson sous vide, rectifieuse, et sorbonne), permettant de produire des lames minces à partir de matériaux meubles non perturbés (carottes sédimentaires ou prélèvements de sols) complète les équipements de la plateforme sédimentologique. L’observation de ces lames minces au microscope optique permet de mieux comprendre les processus de formation des dépôts sédimentaires naturels ou anthropogéniques et leurs évolutions dans le temps par les processus d’altération et ainsi de mieux appréhender les dynamiques paléoenvironnementales et les impacts de l’anthropisation sur les sols.

Un deuxième laboratoire (fig. 3) équipé en sorbonne, balance de précision et centrifugeuse permet d’effectuer les préparations et attaques chimiques nécessaires aux analyses sur sédiments, notamment pour les mesures de granulométrie, mesures fondamentales pour comprendre les mécanismes de transports et de dépôt sédimentaire.

Fig. 3 : Laboratoire de chimie de la plateforme OMEAA, photo A. Barra
  • L’extraction des nucléides cosmogéniques (10Be, 26Al)

L’espace dédié aux préparations chimiques est complété par un troisième laboratoire développé depuis 2021 permettant l’extraction de nucléides cosmogéniques (10Be, 26Al) présents dans des échantillons rocheux et sédimentaires. La mesure de la concentration en nucléides cosmogéniques des échantillons est ensuite effectuée à l’instrument national ASTER (CEREGE, Aix-en-Provence) et permet de déterminer la chronologie de mise en place de formations géologiques, de sols, ou de quantifier la vitesse d’érosion moyennée à l’échelle de bassins versants sur des échelles de temps pluri-millénaires. Ce laboratoire est constitué de sorbonnes d’attaques chimiques, d’une balance de précision, d’un agitateur orbital, d’une centrifugeuse, d’une unité de purification de l’eau, d’une armoire de stockage des produits chimiques ainsi que de tout le petit matériel nécessaire à l’extraction des nucléides cosmogéniques. Ce tout nouveau laboratoire est inséré dans le dispositif RéGEF (Réseau Géochimique et Expérimental Français) qui met en relation l’ensemble des plateformes de préparation en amont de l’instrument national.

  • Une salle dédiée à la mesure

Un dernier laboratoire est dédié à la mesure et à la description des échantillons. On y retrouve des microscopes et stéréomicroscopes nécessaires à l’identification et au comptage des restes organiques, charbons et biomarqueurs contenus dans les sédiments, à l’étude des processus de formation des sols ou encore à la description de la composition minéralogique des échantillons.

La plateforme est équipée du matériel pour doser par combustion les proportions de matière organique et de carbonates présents dans les échantillons de sols via la technique de la perte au feu.

Un granulomètre laser permet, via la caractérisation de la taille des particules, l’étude des processus de transport et de dépôt sédimentaire en milieu fluviatile.

Enfin, deux analyseurs XRF quantifient la composition élémentaire des échantillons sédimentaires par la technique de la fluorescence X.  Ces mesures, réalisées sur sédiment préalablement broyé et séché (fig. 4), participent à la compréhension des changements environnementaux (stress hydrique, changement de salinité, pédogénèse) et à l’étude des pollutions actuelles et anciennes (détection des métaux lourds). Ces analyseurs portables peuvent également être utilisés sur le terrain pour des mesures de matériaux in situ. 

Fig. 4 : Préparation des cupules pour mesure de géochimie au pXRF, photo A. Barra
Des outils pour mesurer l’évolution des paramètres environnementaux dans un monde en transition
  • Métrologie de terrain et acquisition de données

La métrologie de terrain constitue une part significative des activités de la plateforme. Elle participe à de nombreuses campagnes d’acquisition de données en France et à l’étranger.

L’acquisition d’archives sédimentaires est essentielle pour l’étude et la reconstitution des paléoenvironnements. Ces archives sont le plus souvent prélevées sous forme de carottes sédimentaires grâce à un système de carottage par percussion (fig. 5, 6) et d’extraction hydraulique.

Fig. 5 : Carottage sédimentaire par percussion, vallée du Rhône, photo A. Barra
Fig. 6 : Gouge ouverte, carottier à percussion, Projet SRA_G3ARC, Arcy-sur-Cure, photo A. Barra

La plateforme héberge également une flotte de drones et de capteurs permettant d’acquérir différents types de données et d’images aériennes (via des capteurs large bande, proche-infrarouge, thermique hyperspectral ou LiDAR). Les drones apportent des avantages significatifs notamment dans le domaine de la géomorphologie fluviale. Leur utilisation permet d’acquérir des données à haute résolution spatiale et temporelle, ce qui améliore la compréhension des processus géomorphologiques le long des cours d’eau. Les données collectées peuvent être utilisées entre autres pour créer des modèles numériques et analyser la topographie du lit de la rivière, évaluer les volumes de sédiments et comprendre l’évolution des formes fluviales et plus largement du paysage (fig. 7).

Fig. 7 : Modèle numérique d’élévation produit par photogrammétrie SfM, Rivière Albarine, 2022, J. Lejot

La plateforme dispose de matériels performants pour les mesures en topographie (fig. 8). Elle est aussi équipée d’un bateau pneumatique à moteur pour intervenir en milieu fluvial ou sur lac, notamment pour les études de suivi du transit sédimentaire (fig. 9) ou la réalisation de profils bathymétriques par échosondeur.

Fig. 8 : Relevés topographiques au DGNSS, projet ANR NEOARABIA, Sultanat d’Oman, photo A. Barra
Fig. 9 : Recherche de galets équipés de Pit-tags, rivière Bienne, 2023, photo L. Leduc

  • Une activité innovante en électronique appliquée aux sciences environnementales

Un atelier et des compétences de développement en électronique permettent de déployer sur le terrain des systèmes de mesure innovants, connectés, open source et économes afin de suivre les paramètres physiques caractéristiques des hydrosystèmes tels que le niveau d’eau, la température ou la turbidité (fig 10). Les données issues de ces réseaux de capteurs connectés sont consultables librement selon les principes de science ouverte.

La plateforme travaille également sur la question de la mobilité de la charge de fond en rivière et développe des solutions de traçage des particules. Ces suivis sont réalisés via différentes techniques, comme l’insertion de PIT-Tags (Passive Integrated Transponders) dans des galets et suivi de leurs déplacements par prospection avec une antenne dédiée ou encore réalisation de galets artificiels en résine équipés de transpondeurs actifs ou de capteurs tilts. Ces capteurs permettent d’étudier le déplacement des particules par l’analyse du nombre de rotation des galets. La plateforme développe également des solutions de suivi environnemental par la mise en place de géophones. Ces capteurs installés à proximité des chenaux permettent de mesurer les flux de charriage et d’étudier les processus hydro-sédimentaires par des enregistrements sismiques pendant les crues.

Fig. 10 : Installation et paramétrage d’une station de suivi de la turbidité, bassin versant de l’Yzeron, 2023, photo A. Barra
  • De l’observation à l’expérimentation

Les hypothèses formulées à partir d’observations sur le terrain peuvent être testées en milieu contrôlé au laboratoire. OMEAA est en effet équipée d’un canal expérimental (5×2 m) qui aide à mieux comprendre les processus de transport hydro-sédimentaires en simulant les dynamiques des formes alluviales. Il s’agit d’un banc mécanique (fig. 11) permettant de faire varier les paramètres-clés des hydrosystèmes tels que les débits en eau et en sédiments ainsi que la pente du chenal ou sa rugosité.

Fig. 11 : Canal expérimental.  Mise en place d’une expérimentation par modèle réduit pour étude du signal sédimentaire en lien avec les mouvements de terrain au Japon, Thèse V. Siccard en cours, photo A. Barra
La plateforme OMEAA en soutien à des projets de recherche variés, quelques exemples 2023

Cheap’EAU : solutions innovantes à bas coût pour le suivi des systèmes de gestion des eaux pluviales, Dir. O. Navratil

Le projet en quelques mots :

Ce projet de 48 mois, financé par l’Agence de l’Eau RMC, vise à concevoir et évaluer des systèmes innovants et économes pour la surveillance et la gestion de la quantité et de la qualité des eaux pluviales en différents points d’un système d’assainissement. L’une des finalités du projet est de proposer des réseaux de surveillance des eaux pluviales et de produire des chroniques de données à l’aide de capteurs low-cost et de solutions électroniques open-source de type Arduino®. L’un des objectifs est de démontrer la faisabilité et l’intérêt de telles technologies afin d’offrir des systèmes de suivi et de diagnostic simples et peu coûteux pour les collectivités, bureaux d’études et gestionnaires des systèmes d’assainissement.

Le soutien apporté par la plateforme :

La plateforme OMEAA, via son expertise en électronique et métrologie de terrain, participe à la conception et au développement des systèmes électroniques de suivis environnementaux libres (open-source), à bas coûts (low-cost) et connectés (Internet of Things). Plusieurs chaînes métrologiques à bas coûts ont été développées pour la surveillance opérationnelle de la quantité et de la qualité de l’eau (mesures de hauteur d’eau, turbidité, couleur, température, conductivité, imagerie). Les capteurs sont installés par l’équipe technique sur le terrain avec des stations environnementales énergétiquement autonomes. Les données sont télétransmises (via LoRA) puis traitées avant d’être consultables librement sur une plateforme numérique (http://opendataeau.org/).

Fig. 12 : Schéma de principe du projet Cheap’EAU, (Cherif, sous presse)

Restitution du fractionnement des méso-habitats des RIVières intERmittenteS par Imagerie DronE : le cas de l’Albarine (RIVERSIDE), Dir. J. Lejot

Le projet en quelques mots :

La structuration morpho-écologique des cours d’eau est un des facteurs-clé de la répartition des habitats et implicitement de la qualité des milieux aquatiques fluviaux. Dans un contexte de réchauffement climatique global, ces milieux complexes et sensibles vont être de plus en plus concernés par des phénomènes d’assèchement partiel ou intégral de leur lit, impactant les continuums écologiques piscicoles.

Le besoin d’outils opérationnels est donc primordial pour étudier les variations physiques des tronçons de rivière et fournir des indicateurs caractérisant les méso-formes (seuils, mouilles, radiers, végétation rivulaire), leur répartition et leur suivi afin d’évaluer leur qualité.

 Le projet de recherche RIVERSIDE a pour objectifs :

  • d’éprouver la capacité des données LiDAR et des images traitées par photogrammétrie SfM pour restituer les méso-formes des habitats ;
  • d’en extraire les caractéristiques physiques (pente, rugosité, largeur, orientation, ombres portées);
  • de croiser ces métriques avec des relevés piscicoles (inventaires localisés).

Le soutien apporté par la plateforme :

La plateforme OMEAA soutient ce projet en participant à la logistique des différentes opérations de terrain et à l’acquisition des données. Plusieurs campagnes de vols drone et de relevés topographiques ont permis en 2023 d’acquérir les données pour une reconstruction de la topographie à haute résolution via photogrammétrie SfM et traitement des données LiDAR. 

Fig. 13 : a) DJI Matrice 300 et capteur LiDAR Zenmuse, photo J. Lejot b) Nuage de points LiDAR en couleur naturelle, J. Lejot c) Balisage terrain pour application photogrammétrique, J. Lejot

Khaybar Longue Durée Archaeological Project, Dir. R. Crassard, G. Charloux et M. AlMushawh

Le projet en quelques mots :

Depuis 2020, le projet Khaybar LDAP met en évidence le riche patrimoine archéologique de l’oasis de Khaybar, située dans le nord-ouest de l’Arabie. Cette richesse tient tant à la quantité des vestiges archéologiques qu’à la permanence de l’occupation humaine, depuis la Préhistoire jusqu’à nos jours. Dans le cadre de ce projet, une recherche pluridisciplinaire est menée pour documenter les chronologies et les modes d’occupation des peuplements humains, ainsi que l’évolution des paysages et des environnements anciens.

Le volet géomorphologie-géoarchéologie du KLDAP présente trois principaux axes de recherche portant sur :

  • la recherche et l’étude des archives pédologiques et sédimentaires afin de reconstituer les dynamiques géomorphologiques et paléoenvironnementales au cours du temps ;
  • l’étude des formes d’adaptation des sociétés humaines, en particulier l’impact de l’agriculture oasienne et de la gestion de l’eau sur les paysages et les dynamiques hydro-sédimentaires ;
  • l’étude géoarchéologique et géochronologique des structures archéologiques (principalement des desert-kites néolithiques et des fortifications préislamiques).

Le soutien apporté par la plateforme :

Afin de répondre à ces objectifs, les dépôts sédimentaires provenant de ces différents contextes font l’objet d’un ensemble d’analyses sédimentaires et géochimiques en laboratoire au sein de la plateforme. Une grande partie du parc instrumental de la plateforme est utilisée, afin de réaliser des analyses de granulométrie laser, de susceptibilité magnétique, de perte au feu, de fluorescence X et de micromorphologie. Les loupes binoculaires sont également utilisées pour rechercher et comptabiliser certains biomarqueurs et observer les échantillons à l’échelle microscopique.

Fig. 14 : Marécage saisonnier situé au sein de l’oasis, pouvant constituer une bonne archive paléoenvironnementale, photo B. Depreux

Quelques éléments de bibliographie par thématique

Électronique et Capteurs

Cassel M., Navratil O., Perret F., & Piégay H. 2021. The e-RFIDuino : An Arduino-based RFID environmental station to monitor mobile tags. HardwareX, 10, 12.

Cherif I., Navratil O., sous presse. Environmental low-cost, open-source, frugal and IoT sensors: a new paradigm for hydrosystems monitoring ? TSM Techniques Sciences Methodes.

Suivi du transport sédimentaire

Cassel M., Navratil O., Liébault F., Recking A., Vázquez‐Tarrío D., Bakker M., Zanker S., Misset C., & Piégay H. 2023. Assessment of pebble virtual velocities by combining active RFID fixed stations with geophones. Earth Surface Processes and Landforms, 14.

Navratil O., Boukerb M.A., Perret F., et al. 2020. Responses of streambed bacterial groups to cycles of low-flow and erosive floods in a small peri-urban stream. Ecohydrology ,13:e2206. https://doi.org/10.1002/eco.2206

Sellier V., Navratil O., Laceby J. P., Legout C., Foucher A., Allenbach M., Lefèvre I., and Evrard O. 2021. Combining colour parameters and geochemical tracers to improve sediment source discrimination in a mining catchment (New Caledonia, South Pacific Islands), SOIL, 7, 743–766, https://doi.org/10.5194/soil-7-743-2021.

Piégay H., Arnaud F., Cassel M., Dépret T., Alber A., Michel K., Rollet A.-J., & Vaudor L. 2016. Suivi par RFID de la mobilité des rivières : Retour sur 10 ans d’expérience en grandes rivières. BSGLg, 67, 77-91

Drone et images aériennes

Godfroy J., Lejot J., Demarchi L., Bizzi S., Michel K. Piégay H. 2023. Coupling hyperspectral, LiDAR, and forestry data to characterize riparian forests along age and hydrological gradients. Remote Sensing, 15, 17, 2023.

Lejot J., Delacourt C., Piegay H., Fournier T., Tremelo M.L. et al., 2007. Very high spatial resolution imagery for channel bathymetry and topography from an unmanned mapping controlled platform. Earth Surface Processes and Landforms, 32 (11), 1705-1725.

Paléoenvironnements

Berger J.F., Guilbert-Berger R., Marrast A. et al. 2020. First contribution of the excavation and chronostratigraphic study of the Ruways 1 Neolithic shell midden (Oman) in terms of Neolithisation, palaeoeconomy, social-environmental interactions and site formation processes. Arab. Arch. Epig., 31:32- 49.

Chabrol A., Delile H., Baron S., Bouras C., Athanasopoulos P. et al. 2023. Harbour geoarchaeology of Lechaion (Corinth area, Greece) sheds new light on economics during the Late Bronze Age/Early Iron Age transition. Marine Geology, 465, 107167.

Defive E., Dendievel A.M., Berger J.F., Barra A., Bouvard‑Mor E., Cubizolle H., Raynal J.P. 2018. 1500 ans d’histoire fluviale dans la vallée du Gage (bassin supérieur de la Loire, sud-est du Massif central, France) : approche pluridisciplinaire, Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 24 – n° 4

Delunel R., Schlunegger F., Valla P.G., Dixon J., Glotzbach C., Hippe K., Kober F., Molliex S., Norton K., Salcher B., Wittmann H., Akçar N., Christl M. 2020. Late-Pleistocene catchment-wide denudation patterns across the European Alps, Earth-Science Reviews, Volume 211, 103407, ISSN 0012-8252,

Dendievel A.M., Mourier B., Dabrin A., Delile H., Coynel A., Gosset A., Liber Y., Berger J.F., Jean-Philippe Bedell J.P. 2020. Metal pollution trajectories and mixture risk assessed by combining dated cores and subsurface sediments along a major European river (Rhône River, France), Environment International, Volume 144, 2020, 106032, ISSN 0160-4120,

Depreux B., Lefèvre D., Berger J.F., Segaoui F., Boudad L., et al. 2021. Alluvial records of the African Humid Period from the NW African highlands (Moulouya basin, NE Morocco). Quaternary Science Reviews, 255, 106807.

Mayoral A., Berger J.F., Peiry J.L., Paul Ledger L., Yannick Miras Y. 2020. Five millennia of human-environment interactions reconstructed from pedosedimentary archives of the Lac du Puy wetland (Corent Fr.). Catena, 195, 104908.

Tena A., Piégay H., Seignemartin G., Barra A., Berger J.F., Mourier B., Winiarski T. 2020. Cumulative effects of channel correction and regulation on floodplain terrestrialisation patterns and connectivity, Geomorphology, Volume 354.

L’auteur

Adrien Barra est ingénieur d’études CNRS, UMR 5600 Environnement Ville Société et UMR 5133 Archéorient, responsable technique de la plateforme OMEAA

L’équipe OMEAA. Ce billet est le fruit d’un travail collectif avec les participations de Jean-François Berger, Romain Delunel, Bruno Depreux, Jérôme Lejot et Oldrich Navratil.



Citer ce billet
Adrien Barra (2023, 22 décembre). OMEAA, une plateforme mutualisée en soutien à la recherche et à la formation. ArchéOrient - Le Blog. Consulté le 24 février 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/vevt

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