Analyse du réseau hydrographique en termes d’anomalies et perturbations structurales

3.1. Introduction

Le réseau hydrographique correspond à tout écoulement linéaire concentré sur la surface topographique qu’il entaille progressivement. Il représente un état du cycle d’eau et il est en équilibre relatif subinstantanné à l’échelle géologique. Les rivières s’écoulent en suivant le chemin le plus facile, minimisant sans cesse leur entropie (Deffontaines, 1990). Le réseau hydrographique est principalement guidé par la lithologie (alternances de roches dures et tendres) et la fracturation. Le long des fractures et des zones broyées, l’érosion et l’altération sont facilitées. Un cours d^’eau peut alors se développer rapidement, capturer facilement d’autres cours d’eau, ou bien s’adapter en utilisant des directions structurales. Ainsi, une faille peut bloquer et dévier un cours d’eau ou modifier son régime en augmentant ou diminuant sa pente (Deffontaines et Chorowicz, 1988). Il est donc possible, en étudiant le réseau hydrographique de mettre en évidence une partie de la fracturation, certaines structures géologiques et des critères de déformations de la surface topographique.

3.2. Principes et applications de la méthode

En partant du principe, que tout cours d’eau s’écoule nécessairement d’une zone haute vers une zone basse, selon la direction de la plus grande pente, il est possible, en étudiant le réseau hydrographique de mettre en évidence les discontinuités qui l’affectent. Nous avons appliqué cette méthode au réseau hydrographique de la province de Chefchaouen. Les résultats de l’analyse sont ensuite rassemblés avec ceux issus de l’analyse morphostructurale du MNT pour constituer la carte de fracturation récente de la province de Chefchaouen.

3.3. Facteurs de contrôle de forme du réseau hydrographique

Le tracé du réseau hydrographique résulte des interactions simultanées des facteurs internes, externes et composites (Deffontaines et chorowicz, 1988 ; Deffontaines, 1990). Parmi les facteurs internes on peut citer la lithologie, (épaisseur, dureté, compétence, perméabilité, porosité,

Mohamed MASTERE ‘2008 – 2011’ CNRS UMR 6538 Domaines Océaniques, IUEM

71

dissolution, diagénèse, etc...), et la structure qui peut se manifester de différentes manières (l’agencement des roches, l’épaisseur des bancs, leurs pendages, les alternances lithologiques, les discordances, et le diaclasage, etc…). Quant aux facteurs externes, ils se résument en l’action du climat, de la couverture végétale et de l’action anthropique. Ces trois facteurs peuvent agir considérablement sur la forme, le sens d’écoulement, et le débit des réseaux hydrographiques. Pour les facteurs composites, ils consignent les effets précédemment décrits des facteurs internes et externes.

3.4. Perturbation du réseau hydrographique

Elles sont représentées par les rectilinéarités majeures, les grands alignements de cours d’eau, de coudes des rivières, de confluence mais aussi par les modifications de grande amplitude de types de réseau hydrographique : radial (centripète ou centrifuge), ou annulaire (Howard, 1967). Elles peuvent recouper indistinctement les différentes zones subhomogènes et peuvent aussi correspondre aux limites d’ensembles subhomogènes. Elles correspondent à l’action de la structure ou de la lithologie (Defontaines, 1990).

3.5. Anomalies du réseau hydrographique

Le réseau hydrographique est souvent affecté par des discontinuités structurales dont la représentation sur le terrain recouvre différentes réalités. Le plus souvent, les perturbations du réseau hydrographique sont constituées par un alignement de segments de cours d’eau, de coudes de rivières ou de sources. Ces perturbations correspondant essentiellement à l’influence de la structure de la lithologie ou de l’action anthropique. Ils peuvent aussi correspondre aux limites des ensembles subhomogènes.

L’anomalie de drainage traduit un écart entre un modèle théorique d’écoulement (du point le plus haut vers le point le plus bas suivant la direction de plus grande pente) et la réalité observée. Si le réseau d’entaille était seulement dirigé par la topographie, tous les drains suivraient la ligne de la plus grande pente. Beaucoup de réseaux présentent des tronçons obliques par rapport au drainage théorique, voir des directions opposées à celui-ci, par conséquent leur origine est donc à rechercher par une éventuelle influence lithologique et/ou structurale (Deffontaines et al., 1992). Les anomalies de drainage permettent, une fois analysées, d’avoir accès à des caractères structuraux souvent non détectables par d’autres méthodes. Les anomalies soulignent ainsi l’existence de caractères structuraux souvent cachés. Parmi la multitude d’anomalies proposées dans la littérature et pour lesquels des causes contrôlées au sol ont été reconnues (Deffontaines, 1990). Nous ne présenterons ici que les principales (Figure III-8).

3.6. Réseau hydrographique du secteur d’étude

3.6.1. Préparation des données

Pour construire le réseau hydrographique à l’échelle de la province de Chefchaouen, une étude du Modèle Numérique de Terrain (MNT) nous a semblé être incontournable. En effet, nous avons eu recours aux mêmes données Radar ASTER GEDM que nous avons corrigées précédemment et utilisées dans ce chapitre pour la cartographie des anomalies morphostructurale du secteur d’étude. La première étape (réalisé dans la partie 1 de ce chapitre) a consisté en la construction d’une mosaïque de tous les DEM (Figure III-2) puisque notre région d’étude est répartie sur plusieurs DEM (quatre). Ensuite, les images ASTER telles que nous les avons téléchargées sont exprimées en WGS84, utilisant comme unités les degrés. Pour pouvoir les utiliser et effectuer les calculs sous ArcGis, il a fallut les transformer en système métrique, tout en gardant le même système de projection. Cependant, les calculs prévus sont lourds en temps et en ressources informatiques, raison pour laquelle nous avons jugé judicieux de nous limiter à la zone d’étude (matérialisée par un polygone comme montré dans la Figure III-2), et cela en réalisant un découpage par masque. 3.6.2. Traitement des données hydrographiques sous SAGA

SAGA est un logiciel libre et gratuit, téléchargeable sur le lien http://www.saga-gis.uni-goettingen.de/html/index.php. Il est spécialisé dans les traitements des MNTs, et présente plus de choix de logarithmes de calcul que d’autres logiciels tel que ArcGis, MapInfo ou Surfer, d’où notre choix pour ce logiciel. Dans cette présente démarche, nous n’allons présenter qu’une seule méthode, mais il est intéressant de signaler que ce logiciel présente pour le calcul du réseau hydrographique, plusieurs méthodes que nous avons toutes essayées et comparées, mais nous n’avons retenu que celle qui fourni des résultats proches de la réalité du terrain, par comparaison avec les cartes IGN qui couvrent notre région d’étude.

Dans un premier temps, nous avons transformé notre DEM en Format ASCII pour pouvoir l’importer (Figure III-9A) et l’exploiter sous SAGA. Nous avons cependant réalisé un prétraitement à l’aide du module Terrain Analyst – Preprocessing/Fill Sinks (Figure III-9B), afin d’éliminer les imperfections contenues dans le MNT. Ces dernières s’appellent ‘‘cuvettes’’ et faussent considérablement les calculs hydrographiques. Ensuite, l’extraction du réseau

Mohamed MASTERE ‘2008 – 2011’ CNRS UMR 6538 Domaines Océaniques, IUEM

73

hydrographique a été effectuée à partir du fichier « rempli » en utilisant la méthode MultiFlux. Le résultat obtenu est automatiquement nommé ‘‘Catchement Area’’ (Figure III-9C), et est exporté en format ASCII pour qu’on le finalise sous ArcGis.

3.6.3. Traitement des données sous ArcGis

Une fois sous ArcGis les données calculées ont été transformées au format Grid. À l’aide de la fonction calculatrice raster dans Spatial Analyst, on crée un raster (calcul) en utilisant la formule suivante : [Catchement Area] > 1 000 000 où le programme retourne une valeur de 1 pour chaque pixel du raster initial possédant une valeur supérieure à un million, et 0 pour ceux qui sont inférieures à la valeur fixée. À ce stade, le réseau hydrographique est mis en exergue, reste à le comparer avec les cartes IGN.

Figure III-9 : illustration de la démarche menée sous le programme SAGA pour les calculs hydrographiques à partir du MNT.

Ensuite, nous avons affecté la couleur bleu pour les pixels ayant une valeur 1, et aucune couleur pour la valeur 0. Ensuite on superpose les cartes et le raster calcul. On remarque qu’il existe un décalage constant et homogène, ce qui nous a laissé penser que cette différence est due à la différence des deux systèmes de projection. Cette hypothèse est vite vérifiée vue que l’écart a diminué en ramenant les deux fichiers au même système de projection. Le petit décalage peut s’expliquer par le caractère « ancien » des cartes IGN de notre secteur d’étude qui datent des années soixante-dix. Ceci nous a permis de conclure que c’est tout à fait normal qu’il y ait de légères différences morphologiques et altitudinales et que la configuration du réseau hydrographique a évolué modérément durant 30 ans. Nous avons donc opté pour un lissage et puis un recalage manuel, pour minimiser au maximum les écarts observés entre le fond topographique IGN et le MNT afin d’obtenir la carte du réseau hydrographique de la province de Chefchaouen (Figure III-10).

Figure III-10 : Carte du réseau hydrographique de la province de Chefchaouen obtenue sous SAGA et ArcGis 10.

3.7. Anomalies de drainage dans le secteur d’étude

L’analyse du réseau hydrographique de la province de Chefchaouen nous a permis le recensement de 409 anomalies avec une longueur totale de 930 Km (Figure III-11), qui montrent deux directions majeures qui, respectivement par ordre d’importance sont : NE-SW, et NW-SE,

Mohamed MASTERE ‘2008 – 2011’ CNRS UMR 6538 Domaines Océaniques, IUEM

75

auxquelles sont associées deux directions secondaires E-W et N-S. Ces anomalies sont d’origine lithologique ou structurale. Nous n’avons retenu que les anomalies d’origine structurale, que nous rassemblerons avec les anomalies issues de l’analyse morphostructurale. Ceci nous a permis de dresser une carte synthétique de la fracturation récente du secteur d’étude (Figure III-11). Celle-ci, met en évidence les principales failles qui ont une influence directe sur le réseau hydrographique. Certaines failles se superposent parfaitement aux failles à activité néogène et quaternaire décrites précédemment par nos prédécesseurs (Morel, 1988 ; Aït Brahim, 1991; Deffontaines et al., 1992 ; Chaouni, 1996) et d’autres, détectées pour la première fois et peuvent avoir une origine néotectonique.

Figure III-11 : Carte des alignements de la province de Chefchaouen extraits du réseau hydrographique.