METHODE DE COMBINAISON D’INDICATEURS

Le modèle conceptuel du ruissellement utilisé pour l’élaboration de la méthode IRIP est basé sur une segmentation du phénomène en trois processus : la production, le transfert et l’accumulation du ruissellement (Figure I-68). Chaque processus est influencé par des facteurs différents. Par exemple, la pente influence le transfert et l’accumulation du ruissellement mais pas de la même manière. Les pentes fortes sont favorables au transfert, tandis que les pentes faibles sont favorables à l’accumulation. Les processus peuvent se produire alternativement, simultanément ou de manière isolée. On peut voir par exemple, de la production et de l’accumulation du ruissellement sur une même zone. On peut voir localement une zone favorable à l’accumulation éloignée de toute zone favorable à la production ou au transfert.

FIGURE I-68: MODELE CONCEPTUEL DU RUISSELLEMENT EN TROIS PROCESSUS: LA PRODUCTION, LE TRANSFERT ET L'ACCUMULATION

Ainsi la méthode IRIP permet de générer trois cartes de susceptibilité au ruissellement : la carte de susceptibilité à la production (CSP), au transfert (CST) et à l’accumulation (CSA). Chaque carte est construite par la combinaison de 5 indicateurs. La méthode de combinaison est identique pour les trois cartes mais les indicateurs diffèrent selon les processus. La méthode de combinaison des indicateurs est présentée de Figure I-69 à Figure I-71. Chaque indicateur est classé en 2 catégories : favorable au ruissellement, et la note de 1 lui est attribuée ; ou défavorable au ruissellement, et la note de 0 lui est attribuée. On obtient alors une carte binaire par indicateur. La somme de ces 5 cartes binaires donne une carte de susceptibilité au ruissellement en 6 niveaux, de 0 (aucun indicateur n’est favorable) à 5 (tous les indicateurs sont favorables). Pour chaque carte, le choix des indicateurs est présenté. Ces choix résultent d’une revue de la littérature sur les différents modèles existant d’érosion et d’inondation par ruissellement, d’une analyse de plusieurs épisodes de ruissellement intense afin d’identifier les facteurs prépondérants, ainsi que de nombreux tests de combinaisons. Le choix des indicateurs est davantage détaillé dans la suite du texte et dans le rapport bibliographique du projet IRIP (Dehotin et Breil, 2011a). Dans le paragraphe suivant sur l’implémentation de la méthode, les seuils de favorabilité et les méthodes de calcul des indicateurs sont présentés.

Partie 1 : Contexte de la thèse et enjeux scientifiques et opérationnels  Carte de susceptibilité à la production

FIGURE I-69: SCHEMA DE CREATION DE LA CARTE DE SUSCEPTIBILITE A LA PRODUCTION, EN GRIS LES DONNEES D'ENTREE, EN COULEUR LA CARTE DE SORTIE

Le choix des 5 indicateurs utilisés pour créer la CSP sont inspirés des paramètres utilisés dans les modèles d’érosion des sols tels que SCALE ou RUSLE. La perméabilité est un indicateur majeur puisqu’elle influence directement le potentiel de production de ruissellement hortonien. L’épaisseur est assimilée ici à la capacité de stockage du sol en eau. Un sol peu épais aura tendance à saturer plus rapidement. Un sol fortement érodable sera favorable à la production d’eau chargée en sédiment. Concernant l’occupation du sol, le ruissellement est plus susceptible d’être généré en zone urbaine qu’en zone rurale, il est plus susceptible d’être généré en zone de culture qu’en zone de forêt. Les types de cultures jouent également sur la susceptibilité à la production, par exemple, les vignobles ou les parcelles culturales ayant des terrains à nus une partie de l’année sont davantage propices au ruissellement. Enfin, l’indicateur de topographie combine la pente et l’indice topographique. Bien que l’indice topographique soit également un indicateur de pente, ces indicateurs n’influencent pas le ruissellement de la même manière. Les pentes fortes sont considérées comme favorables au ruissellement du fait de la mise en vitesse de l’eau. Sur ces zones, l’infiltration sera plus difficile et la zone sera plus propice à la production de ruissellement hortonien. L’indice topographique (Beven et Kirkby, 1979), aussi appelé indice d’humidité, augmente lorsque la capacité d’évacuation de l’eau en un point diminue. Un indice topographique fort montrera donc les zones susceptibles à la production de ruissellement par saturation.

 Cartes de susceptibilités au transfert et à l’accumulation

FIGURE I-70: SCHEMA DE CREATION DE LA CARTE DE SUSCEPTIBILITE AU TRANSFERT, EN GRIS LES DONNEES D'ENTREE (CSP DEVIENT UNE DONNEES D'ENTREE), EN COULEUR LA CARTE DE SORTIE

Chapitre 3 : La cartographie du ruissellement

FIGURE I-71: SCHEMA DE CREATION DE LA CARTE DE SUSCEPTIBILITE A L’ACCUMULATION, EN GRIS LES DONNEES D'ENTREE (CSP DEVIENT UNE DONNEES D'ENTREE), EN COULEUR LA CARTE DE SORTIE

Pour la création des CST et des CSA, la CSP devient un indicateur d’entrée. Le transfert ou l’accumulation du ruissellement est plus favorable si le bassin amont a une susceptibilité à la production élevé. Ensuite, les pentes et les ruptures de pente favorisent le transfert et l’accumulation mais de façon opposée. Le transfert sera favorisé par des pentes fortes et des ruptures de pente convexes. Ce sont par exemple des zones où l’on peut observer une mise en mouvement ou une accélération du ruissellement voire de l’érosion. Pour l’accumulation, elle sera favorisée par des pentes faibles et des ruptures de pente concaves, sur des zones où l’on peut observer un ralentissement du ruissellement, une inondation temporaire, une stagnation d’eau ou des dépôts faisant suite à de l’érosion.

Pour le transfert, l’indicateur de compacité caractérise la forme du bassin versant. Si le bassin est de forme circulaire, la concomitance spatiale et temporelle des écoulements de surface est plus probable. Localement, des débits plus forts peuvent être observés pouvant également provoquer des incisions dans le sol. Le cinquième indicateur pour la CST est la présence ou non d’axes linéaires, tels que des routes, des voies ferrées ou des fossés drainants. Les axes linéaires sont considérés comme pouvant intercepter et rediriger les écoulements voire les accélérer.

Pour l’accumulation, un indice topographique fort montre une zone avec une capacité d’évacuation de l’eau faible par rapport au potentiel d’eau pouvant provenir de l’amont. Enfin, le cinquième indicateur de la CSA est une combinaison de la surface drainée en un point et de la compacité du sous-bassin en amont de ce point. Les zones avec des surface drainées importantes et une potentialité de concomitance des écoulements sont plus propices de voir arriver de grandes quantités d’eau et donc sont susceptibles aux inondations par ruissellement.

3.2.3. PRESENTATION DU LOGICIEL IRIP©

On distingue la méthode IRIP, qui est la combinaison théorique des différents indicateurs du paysage, du logiciel iRIP©, qui est l’implémentation de la théorie sous forme de programme informatique. Le programme est présenté ici, ainsi que les choix qui ont été faits en termes d’algorithmes, de méthodes de calcul et de seuils. La logiciel iRIP© est programmé en Python (Python, n.d.) et fait appel à des librairies telles que PCRaster (PCRaster Python extension, 2010), SAGA-GIS (SAGA GIS, n.d.) ou GDAL/OGR (GDAL library in Python, n.d.) pour le traitement des données géographiques.

Partie 1 : Contexte de la thèse et enjeux scientifiques et opérationnels Les données géographiques peuvent être :

- Des données rasters (ou matricielles) de format Esri grid (.asc), GeoTIFF (.tif) ou PCRaster (.map), représentant l’espace par une grille de cellules uniformes (ou pixels). Chaque cellule couvre une aire géographique qui dépend de sa résolution et comporte une valeur d’attribut qui lui est assignée.

- Des données vecteurs de format Shape Esri (.shp), Cad (.dxf) ou MapInfo (.tab), représentant des données graphiques sous forme de points, de lignes, ou de polygones (aires) avec des valeurs d’attribut stockées dans des tables associées (les tables attributaires).

Le Tableau I-3 présente les indicateurs utilisés pour la construction chaque carte IRIP avec les seuils de favorabilité, c’est-à-dire les seuils à partir desquels la note de 1 est attribuée. La troisième colonne précise si le seuil est à définir par l’utilisateur, s’il est absolu, toujours le même quelle que soit la zone d’étude, ou s’il est relatif, c’est-à-dire calculé par rapport à chaque zone d’étude. La quatrième colonne présente les méthodes de détermination des seuils, dans les cas où ils sont prédéfinis.

TABLEAU I-3 : LISTE DES INDICATEURS, DE LEURS SEUILS, UTILISES POUR CREER LES CARTES IRIP AVEC LE LOGICILE IRIP

Cartes IRIP Indicateurs ^{Seuils de favorabilité (note de 1)} Type Méthode de calcul

PROD

Perméabilité A définir par l’utilisateur Epaisseur A définir par l’utilisateur Erodabilité A définir par l’utilisateur Occupation du sol A définir par l’utilisateur Pente OU indice topo Relatif algorithme de classification

TRANS

Production amont Relatif mode(BV amont) ≥3/5 Pente Relatif algorithme de classification

Rupture de pente Relatif mode(pentes amont) < pente locale Compacité Absolu Indice d'Horton ≥1

Axes linéaires au sol Absolu Présence + buffer de 2*résolution

ACC

Production amont Relatif mode(BV amont) ≥3/5 pente Relatif algorithme de classification

Rupture de pente Relatif mode(pentes amont) > pente locale Compacité OU Aire drainée Absolu Indice d'Horton ≥1 OU Aire drainée ≥ 100Ha Indice topographique Relatif algorithme de classification