Implementing digital mapping and data acquisition in geology field courses
Les techniques de cartographie numérique sont un domaine en plein essor qui a fait l'objet d'une grande attention ces dernières années dans les bureaux d'ingénieurs et de gouvernement, ainsi que dans les institutions de recherche. Ceci est d? au fait que les outils de cartographie numérique sont devenus polyvalents, économiques et permettent une acquisition, un partage et un stockage rapides des données. Notre projet vise à introduire des techniques de cartographie numérique dans les cours de sciences de la Terre et à préparer les étudiants à de nouvelles compétences pour leurs carrières professionnelles et leurs projets de recherche.
Mots clés
Description du cours
Description du projet
Lorsque les étudiants en géosciences suivent des cours de géologie technique, d'hydrogéologie, de géologie structurelle ou d'autres cours de terrain des programmes BSc et MSc, les étudiants et les enseignants associent le cours de terrain à l'apprentissage ou à l'enseignement de compétences et d'outils pratiques pertinents pour l'acquisition et l'interprétation des géodonnées. Les soirées sont souvent consacrées au calcul et au partage des données obtenues, au traitement des données et aux discussions de groupe, en plus d'une importante socialisation. L'acquisition des données se fait principalement de manière "traditionnelle", c'est-à-dire avec du papier et un stylo, un compas géologique mécanique et des cartes imprimées apportées sur le terrain. Les techniques traditionnelles sont importantes. Toutefois, elles peuvent prendre beaucoup de temps, le partage et la gestion des données peuvent être difficiles et/ou retardés, et les normes de cartographie peuvent varier considérablement d'un étudiant à l'autre. La cartographie numérique à l'aide d'ordinateurs tablettes de terrain connectés à Internet, de GNSS, d'accéléromètres et d'autres capteurs de mouvement et de systèmes numériques d'acquisition de données de terrain, tels que des drones équipés de caméras pour la photogrammétrie aérienne ou des scanners laser (par exemple, pour la cartographie dans les environnements souterrains), est en train d'émerger, est déjà très populaire et devrait devenir de plus en plus importante dans la science et l'industrie. De nombreux géoscientifiques et praticiens utilisent déjà des outils numériques de cartographie de terrain et d'acquisition de données pour interpréter les environnements géologiques. L'utilisation de tels outils est en plein essor, car les ensembles de données acquis permettent de nouvelles analyses et une documentation complète, par exemple dans des projets d'ingénierie. A l'ETH, par exemple, USYS utilise la cartographie numérique pour les cours d'étudiants afin de réaliser des expériences de terrain basées sur l'échantillonnage de la foule (GISsmox), ou OMLETH soutient l'apprentissage mobile en plein air. La cartographie numérique dans les sciences de la terre requiert une gamme plus large d'outils et de programmes d'acquisition de données de terrain, car les géodonnées requises sont de différentes dimensions spatiales, et accessibles ou éloignées de l'observateur. Outre le support GNSS, les ordinateurs tablettes de terrain doivent pouvoir saisir des données d'orientation et supporter le dessin numérique de terrain géoréférencé. Bien que la base théorique des techniques de télédétection soit enseignée dans notre cours M.Sc. Geological Site Investigation (651-4065-00L), l'expérience pratique, y compris l'infrastructure de base de données, fait défaut. Dans l'environnement de travail connecté d'aujourd'hui, le "terrain" ne signifie plus une connectivité ou un accès aux données limités, ou des capacités de traitement de données limitées. Au contraire, les géologues praticiens ont besoin d'accéder à des bases de données sur le terrain, et profitent grandement de l'acquisition de données sous forme numérique dès le début. Toutefois, ils doivent savoir comment mettre en place et exploiter des systèmes d'acquisition de données numériques sur le terrain en fonction de leurs besoins spécifiques et comprendre leurs limitations.
Soutenus par un projet de focus Innovedum, qui a débuté en mai 2017, nous avons mis en ?uvre des techniques de cartographie numérique et d'acquisition de données dans un cours de géologie de terrain en ingénierie. Pour le projet de recherche, nous avons choisi le cours de géologie de terrain II "Rock" (651-4066-00L) existant pour tester et évaluer les techniques de cartographie numérique. Le cours de terrain "Rock" est obligatoire dans le programme de master en géologie de l'ingénierie, mais il est également suivi par les étudiants ayant une mineure en géologie.
Le cours a lieu chaque semestre de printemps sur 2x5 jours et vise à enseigner des méthodes de terrain pour caractériser et classifier les roches et les masses rocheuses. Outre les différentes techniques d'obtention de données de terrain, les exercices de cartographie structurelle et les tests sur le terrain, le cours enseigne les compétences pratiques permettant d'analyser et de corréler les données obtenues et d'intégrer les observations géologiques, géomorphologiques et hydrologiques dans les modèles géomécaniques. Alors que la plupart des analyses ont déjà été effectuées à l'aide de solutions logicielles spécifiques, les données de terrain ont été obtenues à l'aide d'un tableau de cartographie, de papier, d'un crayon et d'un compas mécanique. Le cours était donc un cadre idéal pour tester la cartographie numérique.
L'objectif principal de notre projet est de mettre en ?uvre des techniques de cartographie numérique de terrain (cartographie avec des ordinateurs tablettes de terrain, acquisition de données géographiques avec des drones) dans des cours de terrain en sciences de la terre, et des projets d'étudiants de premier et de deuxième cycle. Nous visons à enseigner à nos étudiants comment planifier une campagne de cartographie numérique, et à appliquer et comprendre les capacités et les limites des outils de cartographie numérique et d'acquisition de données avec leur propre expérience pratique. Les étudiants apprendront également de nouvelles compétences importantes dans la gestion des données pour les applications sur le terrain. En résumé, l'introduction de la cartographie numérique nous permet 1. d'améliorer les cours dans le domaine émergent de la cartographie numérique, avec de nouvelles applications pour les dipl?més en sciences de la Terre, 2. de susciter de nouveaux intérêts dans des cours de terrain bien établis et couronnés de succès, 3. de fournir aux étudiants des compétences nouvelles et nécessaires, et par conséquent 4. de les préparer à leurs carrières professionnelles et à leurs projets de recherche. En même temps, nous réduisons considérablement ou supprimons les polycopiés imprimés et le papier à dessin, et rendons les informations de base disponibles et interactives sur les ordinateurs tablettes des étudiants.
Les expériences obtenues avec la cartographie géologique numérique ont été discutées et évaluées au cours des trois dernières années et sont très positives pour les étudiants et les enseignants. Les techniques de cartographie numérique seront mises en ?uvre dans d'autres cours de terrain du département des sciences de la Terre. Notre vision est que les futurs cours de terrain en Sciences de la Terre, du niveau BSc au niveau MSc, feront un usage systématique des outils de cartographie numérique et d'acquisition de données. Afin de promouvoir la stratégie de cartographie numérique du département, deux nouveaux cours en bloc pour les étudiants de BSc à PhD ont été introduits, "Application of Small Drones for Geological Data Acquisition" en 2018, et "Introduction to Digital Mapping" en 2020.
