Evaluation en Suisse

Questionnaire suisse Cette partie est le rapport rédigé en étroite collaboration avec Stéphanie Favre et distribué, en septembre 2017 aux participants du sondage ayant fait part de leur intérêt pour recevoir les résultats :

Etat des lieux sur les systèmes d'information géographiques des instituts et cantons suisses (rédigé avec S. Favre)

Brentini et Favre, 2017 Introduction et contexte

En Suisse, le sous-sol profond et ses ressources naturelles appartiennent aux cantons. Il est donc essentiel de maîtriser la connaissance de la géologie de surface et du sous-sol afin de permettre l'exploration, l'exploitation et une gestion efficace des ressources naturelles. Pour assurer l'utilisation durable des géo-ressources, les services géologiques et les instituts nationaux de recherche ont un rôle clé à jouer. Par conséquent, le développement et la maintenance de leurs infrastructures informatiques centralisant les données géologiques est nécessaire. En effet, une bonne gestion du territoire n'est possible qu'avec une bonne gestion des données.

Les systèmes d'information (SI) sont souvent utilisés pour répondre à ce type de besoins. Ils sont définis comme des ensembles de ressources organisés (matériel, logiciel, personnel, données et procédures) permettant de regrouper, classer, traiter et diffuser des informations. De cette façon, il est nécessaire d'établir une infrastructure complète qui peut supporter la transformation des données en connaissances (Sinha et al., 2010). De plus, pour visualiser, interroger, analyser et interpréter ces connaissances, l'utilisation d'un Système d'Information Géographique (SIG) bien organisé est jugée nécessaire.

Cependant, la gestion d'un SI est souvent hétérogène et les flux de travail sont très rarement standardisés, de la collecte à la diffusion en passant par la valorisation. C'est pourquoi il est important d'approfondir des concepts tels que l'interopérabilité.

L'interopérabilité est définie comme un système et ses dispositifs pouvant échanger des données et interpréter ces dernières dans n'importe quel domaine. Les premiers concepts sur l'interopérabilité étaient principalement axés sur les aspects techniques et sémantiques (Asch et al. 2004; OpenGeospatialConsortium 2004; Sheth 1999). Cependant, l'interopérabilité n'est pas seulement une question technique car il apparaît que les aspects sociétaux sont également fondamentaux à prendre en considération. Giuliani (2011) a décrit l'interopérabilité avec les quatre axes suivants :

• Aspect technique: connexions machine à machine, interaction logiciel, API (Application Programming Interface) et formats;

• Contexte sémantique: compréhension commune, concepts, termes et vocabulaires interdisciplinaires;

• Cadre juridique: droits numériques, propriétaires et responsabilité;

• Dimension humaine: coopération et formation.

Le présent rapport se base sur la structure de l'article "Importance of interoperability in geological information systems for sustainable resources management" (Brentini et al., submitted) qui présente les résultats d'une même démarche à l'échelle européenne.

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Méthode

Pour identifier les défis associés à la mise en œuvre de systèmes interopérables, il est nécessaire de réaliser une évaluation des systèmes actuels. Cependant, étant donné que nous nous concentrons sur les institutions publiques, seules quelques données et rapports sur leurs infrastructures sont accessibles au public. Nous avons donc choisi de mener un sondage pour recueillir des informations sur les expériences institutionnelles, les ressources, les besoins et les développements futurs.

Avec le soutien de l'Office fédéral de topographie swisstopo, nous avons pu envoyer notre questionnaire à l'ensemble des services de géologiques cantonaux (40 départements) ainsi qu'aux institutions fédérales (5) susceptibles d'être concernées par la thématique de la gestion des données géologiques.

La portée de l'enquête comprenait cinq thèmes principaux couverts par une trentaine de questions: 1) infrastructure informatique, 2) données géologiques, 3) applications SI, 4) cadre juridique et politique, et 5) ressources humaines et financières. Ces groupes de questions ont été développés pour évaluer les quatre axes d'interopérabilité, résumés sur la Figure 42.

Figure 42: Méthode d'évaluation des SI à travers cinq thèmes de questions liés aux quatre challenges de l'interopérabilité

Dans la mesure du possible, les questions ont été conçues avec des choix de réponses prédéfinies, pour encourager la participation et faciliter l'analyse (le questionnaire est présenté en annexe). Les types de questions sont mixtes et comprennent des questions de type cardinal, ordinal et d'intervalle. Si nécessaire, les participants ont eu la possibilité de justifier ou d'expliquer leurs réponses ainsi que d'ajouter des références et/ou des liens pour chaque groupe de questions. Comme les thèmes abordés sont larges, nous avons demandé aux participants de juger leurs compétences sur chaque thème pour évaluer la qualité des réponses.

Le questionnaire a été soumis via un formulaire en ligne que nous avons transmis aux participants par e-mail, et la collecte de données a été réalisée sur deux mois (décembre 2015 à janvier 2016).

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Résultats et discussion

Les résultats du questionnaire sont également présentés selon les quatre axes de l'interopérabilité décrits ci-dessus. Les numéros des questions faisant référence aux résultats sont listés dans les légendes des figures ou dans le texte. La partie 3.1 présente les résultats plus globaux et introduit les 21 participants au questionnaire qui sont présentés dans le tableau 1. Le taux de participation est ainsi de 47%. La grande majorité des répondants sont des géologues, certains étant également géomaticiens.

Besoins d'un système d'information

Le tableau 1 liste les 14 départements (représentant 13 Cantons) et deux offices fédéraux déclarant avoir un système d'information pour gérer leurs données géologiques. Les motivations principales pour la mise en place d'un SI sont de gérer de grandes quantités de données (12 réponses), d'améliorer la connaissance géologique (10), d'assurer la cohérence des données (10) et de faciliter le partage de celles-ci (10). Finalement, deux départements, celui de la protection de l’environnement et de l'énergie de Bâle-Campagne (AUE) et celui de l’Office fédéral de l’environnement (OFEV) sont contraints de mettre en place un tel système par une nouvelle obligation légale. Le premier, (AUE) indique dans ses remarques que le développement d'un SI est prescrit par une législation cantonale. Le second (OFEV) précise ne pas posséder de système d'information géologique dédié, mais signale que certaines données géologiques sont intégrées dans le système GIS de l'institut.

Sur l'ensemble des participants, quatre ont affirmé ne pas avoir de SI pour les données géologiques. Le Canton de Vaud (DGE) déclare ne pas posséder de SI mais disposer de quelques applications métiers pour les eaux souterraines, les carrières et gravières, et les forages.

Cependant, le Canton souhaite mettre en place un SI capable d'intégrer toutes les données métiers et les connaissances du sous-sol (lignes sismiques, coupes, modèles 3D), qui ne bénéficient à ce jour d'aucune plateforme de partage. Deux départements des Grisons (AWN et TBA) n'ont pas de SI mais utilisent ArcGIS lorsque cela est nécessaire, ou les plateformes fédérales de données géologiques (Geocover). Ils ne prévoient pas la mise en place d'un SI car ils n'ont presque pas de données du sous-sol à gérer au sein de leur service. L'OFAG et l'OFEN utilisent les données géologiques des cantons ou d'autres offices fédéraux (Swiss Seismological Service, swisstopo, IFSN, etc.). Ne disposant pas de données relatives au sous-sol en interne, ces offices ne prévoient pas non plus de développer un SI concernant les données géologiques. A l'échelle nationale, les données géologiques sont centralisées par swisstopo afin de limiter la duplication d'informations.

Ces résultats démontrent avant tout que la définition exacte d'un système d'information n'est pas la même pour tous les répondants au questionnaire. Bien que la formulation suivante ait été fournie en préambule du questionnaire: "Par système d'information, nous entendons tout type de système organisé capable de collecter, organiser, stocker des données et communiquer des informations", tous n'ont pas nécessairement les mêmes exigences par rapport aux outils composant un SI. Le Canton de Vaud est un bon exemple puisqu'il considère ne pas avoir de SI pour la gestion de ses données, alors que celui-ci est souvent cité par les autres cantons et instituts. En effet, le Canton de Vaud met à disposition un cadastre géologique qu'il définit comme: " une base de données permettant de gérer et d’améliorer la connaissance du sous-sol dans des domaines touchant à des problématiques variées comme les sites pollués, la protection des eaux souterraines, la géothermie, la construction ou encore la planification tridimensionnelle du territoire. Ce cadastre recueille essentiellement des relevés de sondages mécaniques (forages, fouilles, etc.) représentant ainsi un état des connaissances ponctuelles d’un milieu peu visible. Ces données géoréférencées permettent d’avoir une vision plus précise de la structure et de la nature des terrains constituant le sous-sol." Le Canton de Vaud n'a ainsi pas répondu aux questions caractérisant son SI, et n'a donc pas pu être inclus dans les résultats suivants.

76 Table 3 : Départements et offices fédéraux ayant participé au questionnaire. Basé sur les questions 1, 2, 3, 6, 7 et 12 (en

annexe).

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Les principales difficultés rencontrées dans la mise en place des différents SI concernent tous les axes de l'interopérabilité (Figure 43). Toutefois, l'hétérogénéité des données (10 réponses) ainsi que les ressources humaines (10) et financières (8) ressortent comme étant les principaux challenges lors de l'implémentation d'un SI géologique.

Figure 43: Principales difficultés rencontrées dans la mise en place du SI et organisées selon les quatre axes de l'interopérabilité. Basé sur la question 51 du questionnaire (en annexe).

Aspects techniques

Comme illustré dans la Figure 44, les données géologiques gérées par le SI sont principalement les forages et les cartes, alors que les affleurements et les lignes sismiques ne sont que rarement intégrés. Les données de sondages permettent de réaliser le suivi des nappes phréatiques ainsi que tous projets liés à la construction et par conséquent aux aspects de la géotechnique. La faible proportion de données sismiques intégrées dans les SI ne reflète pas nécessairement la non-existence de ces données au sein des départements, mais probablement une structure informatique non adaptée pour les prendre en compte. En effet, ce type d'information, n'est pour l'heure, certainement pas considéré comme une donnée à valoriser au vu des suivis environnementaux des services. De plus, les données acquises jusqu'à ce jour, sont principalement liées à l'exploration et l'exploitation des ressources de faible profondeur.

Toutefois, l'essor de la géothermie de moyenne et grande profondeur ainsi que les besoins en modélisation 3D pousseront indubitablement les départements à intégrer ces informations dans leurs SI.

Seuls six départements centralisent les modèles géologiques 3D, tandis qu'aucun ne gère de bloc sismique 3D. Au même titre que pour les lignes sismiques, les modèles 3D ne sont que peu intégrés aux Si dans la mesure où les technologies actuelles permettent difficilement la gestion intégrée des données 2D et 3D dans un même système.

Le format des données géologiques que les départements reçoivent, est interprété et brut (8 réponses), ou uniquement en format interprété (7). Néanmoins, la définition des formats de données peut varier d'un département à l’autre. Afin d'harmoniser celles-ci, l'Ordonnance sur la géologie nationale (OGN) revue dans le cadre de la stratégie énergétique 2050 proposera une nouvelle définition de ces termes¹⁷.

17 Projet de révision de l'Ordonnance sur la Géologie Nationale, Office fédéral suisse (2017) https://www.admin.ch/ch/f/gg/pc/documents/2833/Strategie-energetique-2050_Projet-OGN_fr.pdf

78 Figure 44: Aspects techniques – A. Types de données géologiques intégrés dans le SI. B. Formats de données reçus par les départements (en haut) et utilisation de modèles de données standardisés (en bas). C. Logiciels de modélisation (à gauche) et infrastructures de bases de données (à droite) utilisés par les départements. Basé sur les questions 22, 27, 31, 41, 42, 47 et 48 du questionnaire (en annexe).

Concernant les modèles de données standardisés, les Cantons d'Argovie, de Fribourg, de Soleure et du Valais (SPE et Service des routes, transports et cours d'eaux) affirment en utiliser.

Le Canton du Valais (SPE) ajoute que "les géo-données des eaux souterraines doivent être compatibles avec le MGDM¹⁸ défini par l'OFEV¹⁹. Les données de forage sont actuellement rassemblées avec l'application Géocadastre développée par le Canton de Vaud."

Le Canton d'Argovie utilise un rapport de forage normalisé qu'il fournit avec l'autorisation de travaux. Ce dernier est principalement mis en œuvre pour les systèmes de sondes géothermiques avec échangeur de chaleur car les quantités de données de sondages sont importantes et proviennent de différentes entreprises. De plus, le Canton essaie de recourir aux formats standards nationaux et internationaux (par exemple, SEGY / SEGD pour les réflecteurs sismiques).

18 MGDM: Modèles de géo-données minimaux.

19 www.bafu.admin.ch/geodatenmodelle

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Le Canton de Soleure se sert d’un standard de modèle de données en accord avec l'ordonnance sur la géoinformation²⁰.

Pour le Canton de Fribourg: "le point de départ de la modélisation a été le modèle de données utilisé par le géocadastre du Canton de Vaud. Une adaptation au modèle de swisstopo a été appliquée ultérieurement."

Le Canton de Berne n'utilise pas de modèle de données standardisé et ajoute que ses données sont très hétérogènes, partiellement attribuées ou défectueuses et que les utilisateurs doivent pouvoir évaluer la fiabilité eux-mêmes. L'Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) n'emploie actuellement pas de modèle de données mais les prochains forages profonds qui seront réalisés dans le nord-est de la Suisse auront besoin d'une procédure d'octroi de licences fédérales conformément à la loi sur l'énergie nucléaire. Cette procédure d'autorisation prévoit que les nouvelles données devront être acquises en suivant le modèle minimal de données de forage de swisstopo.

Le constat principal de ces résultats sur les formats de données explique le caractère hétérogène et complexe des données collectées par les départements. En effet et comme illustré dans la Figure 43, l'hétérogénéité des données est le plus grand obstacle rencontré lors de la mise en place d'un SI. Dans ce contexte, swisstopo propose un modèle minimal pour les données de forage (Brodhag et al., 2015) qui est mis à disposition des cantons.

Concernant les moyens de partager les données et modèles, l'Argovie (BVU), Bâle-Ville (AUG) et Genève (GESDEC) annoncent recourir au téléchargement de fichiers et aux Web Services (WMS, WFS, OGC,…), tandis que Soleure (AfU) et Zoug (AFU) n'utilisent que les Web Services. Berne (AWA) et les deux départements du Valais ne passent qu'à travers le téléchargement de données. Pour finir, six départements ont répondu ne pas avoir de moyens de partager leurs données et modèles (Bâle-Campagne-AUE; Fribourg-SeCA; St-Gall-AFU; Uri-AFU; IFSN; OFEV).

Ce résultat souligne les limites de la diffusion de données géologiques au-delà des départements.

Au sujet des ressources informatiques utilisées, le logiciel de modélisation le plus cité est ArcGIS (10 réponses). D'autres logiciels le sont également comme Comsol, FeFlow, Modflow ou encore iMOD. Si le système de gestion de base de données le plus répandu est Oracle (7), on trouve aussi Access, Geodatabase (ESRI), Omnis et Webis (système développé par le Canton d'Argovie).

ArcSDE (ESRI) est l'extension spatiale la plus utilisée.

Le logiciel ArcGIS n'est pas l'outil le mieux adapté pour la modélisation géologique, car il ne plateforme de GST (Geosciences in Space and Time, Gabriel et al. 2015) mise à disposition par swisstopo. Quatre départements n'ont cependant pas su préciser le type d'hébergement de leurs bases et données.

20 (Geoinformationsverordnung, GeoIV, SR 510.620)

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Contexte sémantique

Concernant l'évaluation de la pertinence des données, les méthodes employées sont semblables et reposent essentiellement sur la connaissance et l'expertise préalable des géologues du département. Les coordonnées et descriptions géologiques des nouvelles données sont comparées aux données existantes, parfois à l'aide de modèles 2D. C'est notamment le cas pour les Cantons de Bâle-Campagne, Bâle-Ville, Berne, Genève, Valais et Zoug. Pour Bâle-Ville et Genève, l'évaluation se traduit par l'attribution d'un code qualité (exemple: 0 à 3 ; inconnue, petites erreurs, grosses erreurs) et de commentaires sur les éventuelles erreurs. L'IFSN valide les données en examinant les techniques/méthodes d'enquête utilisées et s'appuie sur les connaissances de l'industrie et des universités.

De ce fait, aujourd’hui, l'évaluation de la qualité des données repose principalement sur la seule expertise de la personne en charge du contrôle des données – quand il existe -, avec des risques de subjectivité de l’évaluation et d’hétérogénéité de la donnée. A l'avenir, les nouvelles données pourraient être contrôlées automatiquement grâce à une confrontation aux modèles géologiques 3D régionaux potentiellement développés par les cantons.

Ceux de Fribourg et de Zurich précisent qu'il n'existe pas de contrôle de la qualité des données pour le moment.

Figure 45: Contexte sémantique - Domaines d'application géologique et domaines d'interdisciplinarité associés au SI.

Basé sur les questions 35 et 38 du questionnaire (en annexe).

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Afin de bien comprendre les données à intégrer au SI, il est nécessaire d'identifier les domaines d'application géologiques ainsi que les thématiques pouvant être croisées aux données géologiques. La Figure 45 présente ces résultats. Les principaux domaines d'application géologiques, qui touchent principalement la géologie de faible profondeur, sont la géothermie de basse enthalpie (12 réponses), le génie civil (11) et les ressources en eau (11). La géothermie de plus grande profondeur n'est pas représentée dans ces réponses, tout comme les ressources en hydrocarbures et le stockage de CO2. La Suisse n'a en effet pas d'exploitation d'hydrocarbures sur son territoire et la géothermie de grande profondeur ne se développe que depuis peu. Les projets de stockage (chaleur, déchets nucléaires ou CO2) sont des objectifs à plus long terme, et peu ont encore vu le jour.

Les principaux domaines d'interdisciplinarité relevés sont la mensuration (9), les risques (7), l'aménagement (7), les eaux naturelles (7). Afin de communiquer entre ces différents domaines d'application, il est nécessaire de créer des langages, vocabulaires et concepts en commun, ainsi que des niveaux de connaissance adaptés. Ces réflexions sur la sémantique permettront de mieux connecter le travail de chacun et de participer à la valorisation des données.

Cadre légal

Le tableau 2 synthétise les différentes lois et règlements en vigueur concernant les données géologiques du sous-sol. Les lois sur la protection des eaux (13 réponses) et sur les mines (9) sont les plus concernées par cette problématique. Les données géologiques du sous-sol sont également régies par la régale des sels à Bâle-Ville (AUG), l'utilisation de la chaleur géothermique à Berne (AWA) et par la loi sur l'énergie nucléaire pour l'IFSN. Ce résultat est cohérent avec les différents domaines d'application décrits précédemment et touchant essentiellement les ressources de faible profondeur.

Huit départements ainsi que l'OFEV ont une loi/ordonnance/constitution concernant les géo-données et géoinformation.

Fribourg (SeCA) précise que: " la loi cantonale prévoit une ordonnance d'application (en cours d'élaboration) qui contiendra un catalogue des géo-données d'importance cantonale. Les données sur le sous-sol devront être mentionnées dans ce catalogue. La tâche de gestion des données sur le sous-sol et la mise sur pied d'une base de données géologiques sont prévus dans la loi sur l'utilisation du sous-sol (LUSS) également en cours d'adoption."

Soleure (AfU) mentionne les lois et règlements suivants: "Droit de la géoinformation (GeoIG, BGS 711.27)²¹ ; Règlement sur les systèmes de données et d'informations géographiques dans l'administration du Canton de Soleure (règlement SIG BGS 212.473)²² ; Loi sur les ressources profondes souterraines et minérales (GUB) dès 2017 ; Règlement sur les ressources profondes souterraines et minérales (VUB) dès 2017."

Berne (AWA) indique la loi cantonale sur la géoinformation (LCGéo)²³.

Le service des routes, transports et cours d'eau du Valais spécifie: "Il s'agit des "Directives techniques pour la saisie et la livraison des géodonnées liées aux instabilités." Le SPE du Valais précise que s'il n'y a pas de texte légal en vigueur pour l'instant il existe toutefois des standards de caractérisation pour les sources et captages en vue de l'enregistrement dans le cadastre cantonal ainsi que des instructions techniques pour la livraison des différentes géo-données pour la carte cantonale de protection des eaux au SPE.

21 http://bgs.so.ch/frontend/versions/4288

22 http://bgs.so.ch/frontend/versions/3679

23 https://www.belex.sites.be.ch/frontend/change_documents/1373

82 Table 4: Cadre légal - Lois et règlements gouvernant les données géologiques du sous-sol dans les Cantons. Basé sur la

question 15 du questionnaire (en annexe).

Le canton d'Argovie (BVU) cite la loi sur l'utilisation du sous-sol profond et l'extraction des ressources minérales GNB (SAR 671 200).

De plus, Genève signale être en cours de rédaction d'une loi sur l'utilisation des ressources du sous-sol. Dans ce cadre, le Canton a eu de nombreux échanges avec celui de Vaud qui a déjà

De plus, Genève signale être en cours de rédaction d'une loi sur l'utilisation des ressources du sous-sol. Dans ce cadre, le Canton a eu de nombreux échanges avec celui de Vaud qui a déjà