1.1. C
ARTES ANCIENNES ET PHOTOGRAPHIES AERIENNES:
PRESENTATION DES DONNEES ET MESURES DES CHANGEMENTS1.1.1. DONNEES INITIALES SUR LES FORMES EN PLAN
L’évolution du tracé et de la largeur du Cher sur ses secteurs à méandres a tout d’abord été reconstituée entre 1830 (secteur amont : 1833, secteur médian : 1827, secteur aval : 1825) et 1950 à partir d’extraits du Cadastre Napoléonien et de photographies aériennes (Figure 5.1). Les cartes d’Etat-major, seuls documents cartographiques disponibles entre ces deux dates, n’ont pu être exploitées en raison de leur trop grande imprécision. La période 1950-2005 a ensuite été abordée plus dans le détail exclusivement à partir de clichés aériens verticaux (Tableau 5.1). Plusieurs critères ont présidé au choix des prises de vues utilisées : un débit le plus faible possible, des photographies réalisées de préférence au cours d’une même saison et enfin des échelles spatiales relativement proches. De façon générale, la description de l’évolution d’un système et la détermination des causes de cette évolution sont d’autant mieux renseignées que l’on dispose de jeux de données rapprochés (Dufour, 2005). Cependant, dans le cas d’organismes peu mobiles comme le sont supposément les méandres du Cher, le risque est que l’amplitude des changements survenus soit toujours inférieure à celle de l’erreur associée à la mesure, rendant de ce fait toute évolution indétectable (Downward et al., 1994 ; Mount et al., 2003 ; Mount et Louis, 2005). Au final, une fois l’ensemble de ces impératifs pris en compte, la durée séparant deux clichés successifs est comprise entre 9 et 15 ans (Tableau 5.1).
Figure 5.1 Exemple de documents utilisés pour reconstituer le tracé du Cher.
A droite : extrait du Cadastre Napoléonien sur la commune d’Epineuil-le-Fleuriel (1833) (Archives Départementales du Cher). A gauche : cliché aérien vertical, communes d’Epineuil-le-Fleuriel et Meaulne, 1950 (IGN).
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Tableau 5.1 Débits journaliers du Cher (en m3.s-1) à la date de réalisation des prises de vues utilisées
pour l’analyse diachronique.
SECTEUR
1
Echelle ou
Résolution Date
Teillet-Argenty Saint-Amand-Montrond
Qj Q août QMNA2* Module Qj Q août QMNA2* Module
1950 1/26000 10/07/1950 0,92 3,06 1 15,4 / 7,4 3,1 28,7 1960 1/25000 26/05/1960 4,15 / 1975 1/15000 27/07/1975 0,13 1,63 1985 1/17000 12/07/1985 2,51 7,15 1995 1/25000 07/07/1995 3 7,52 2005 68 cm 12/06/2005 1,15 3,46 SECTEUR 2 Echelle ou Résolution Date Saint-Amand-Montrond Teillet-Argenty
Qj Q août QMNA2* Module Qj Q août QMNA2* Module
1950 1/26000 10/06/1950 / 7,4 3,1 28,7 3,23 3,06 1 15,4 1959 1/25000 04/04/1959 / 8,04 1973 1/15000 03/09/1973 5,55 4,04 1983 1/17000 15/08/1983 4,33 0,82 1995 1/25000 07/07/1995 7,52 3 2005 68 cm 17/06/2005 6,37 2,61 SECTEUR 3 Echelle ou résolution Date Selles-sur-Cher
Qj Q Août QMNA2* Module
1950 1/26000 13/05/1950 ? 17,1 11 62,3 1959 1/25000 17/06/1959 22 1973 1/15000 15/06/1973 25,9 1983 1/17000 23/09/1983 40,8 1995 1/25000 19/07/1995 14 2005 68 cm 12/06/2005 14,6
* QMNA2 : débit mensuel minimal ayant la probabilité 1/2 de ne pas être dépassé au cours d’une année donnée.
Sont également indiqués les débits caractéristiques aux stations hydrologiques de référence. Sur le secteur 1, la station de Teillet-Argenty est la plus proche du secteur d’étude. Sur le secteur 2, la station de Saint-Amand-Montrond est la plus proche du secteur d’étude.
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1.1.2. PRINCIPE DE DETERMINATION DES SURFACES ERODEES ET VEGETALISEES
La quantification et la caractérisation des modifications touchant le lit mineur reposent sur l’identification et la numérisation préalables pour chacune des dates soit du lit mineur (pour le cadastre napoléonien) soit de la bande active (pour les photographies aériennes). Le premier est défini comme l’espace occupé par les eaux avant débordement dans la plaine alluviale. La seconde regroupe à l’intérieur du lit mineur les unités fluviales, bancs vifs et chenaux, les plus fréquemment affectées par les crues, les submersions et les remaniements répétés des sédiments y inhibant le développement d’une végétation pérenne. Entre deux dates successives, toutes les surfaces occupées par une végétation pérenne (îles, francs-bords, plaine alluviale) à la date t et dénudées ou en eau (bande active) à la date t+1 ont été considérées comme érodées (Figure 5.2). Inversement, toutes les surfaces dénudées ou en eau à la date t et occupées par une végétation pérenne à la date t+1 ont été considérées comme construites ou stabilisées (Figure 5.2). Elles sont désignées dans la suite du texte comme végétalisées. Par ailleurs, l’évolution de la largeur de la bande active a également été calculée. Les largeurs pour chacune des dates ont été mesurées le long de profils transversaux régulièrement espacés d’environ une largeur à pleins bords et positionnés perpendiculairement à la ligne centrale de la bande active.
Figure 5.2 Erosion et végétalisation entre les dates t et t+1.
Pour la période 1830-1950, les valeurs d’érosion et de végétalisation ont été calculées à partir d’objets de nature sensiblement différente, soit le lit mineur pour 1830 et la bande active pour 1950. De ce fait, elles sont respectivement sous-estimées et surestimées puisqu’à une date donnée, l’enveloppe de la bande active est incluse dans celle du lit mineur. La comparaison de ces données doit donc impérativement être envisagée avec prudence.
L’enveloppe digitalisée pour 1830 à partir du Cadastre Napoléonien est celle du lit tel qu’il y apparaît. Comme indiqué précédemment, elle correspond très vraisemblablement aux limites de ce qui est aujourd’hui défini comme le lit mineur. On ignore cependant sur quels critères cette délimitation a pu être effectuée, si tant est que des critères précis aient été utilisés. De plus, son identification a pu fortement varier d’un opérateur à l’autre, mais aussi en fonction du type de transition, nette et brutale ou plutôt progressive, entre lit mineur et lit majeur. Se pose en outre la question de la précision géométrique du levé des objets reproduits et de leur représentation
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graphique, les méthodes employées à l’époque pouvant être sources d’erreurs non négligeables. En dépit de ces réserves, la superposition des limites du lit de 1830 et des photos aériennes récentes (ou du MNT Lidar de la vallée du Cher) ainsi qu’un certain nombre d’observations de terrain laissent à penser que la délimitation de 1830 est relativement fiable.
Afin de corriger le biais inhérent à la comparaison des largeurs du lit mineur et de la bande active, la largeur de la bande active de 1950 a dû être convertie en largeur du lit mineur. Pour cela, nous avons tout d’abord calculé pour 2005 le ratio entre largeur à pleins bords (= largeur du lit mineur), obtenue en appliquant la méthode de Navratil et al. (2006) à partir du MNT Lidar de la vallée du Cher (2011) (Chapitre 6 A.1.1), et largeur de la bande active, déterminée à partir des photographies aériennes. Les largeurs de bande active de 1950 et 2005 étant relativement proches, le ratio de 2005 a ensuite été appliqué à 1950 pour estimer la largeur du lit mineur à cette date.
1.1.3. STANDARDISATION DES DONNEES
Afin de rendre comparables les évolutions calculées sur chacun des trois secteurs, les superficies érodées et végétalisées ont été normalisées. Elles ont ainsi été rapportées à la superficie initiale du lit mineur ou de la bande active. Les durées des périodes d’étude sur chaque secteur étant légèrement différentes, ces quantités ont été exprimées par année. Concernant le cadastre napoléonien, il importe de préciser que le lit mineur a été digitalisé à partir de documents élaborés à des dates différentes. En effet, les dates de réalisation des levers varient d’une commune à l’autre et le cadastre de plusieurs communes a été utilisé sur chacun des secteurs. La date finalement retenue pour la normalisation des données correspond à la date du cadastre sur lequel la majorité du tracé du lit mineur a été digitalisé.
1.1.4. L’EVOLUTION DES PARAMETRES MORPHOMETRIQUES ET DE LA MORPHOLOGIE DES BOUCLES
Aucune caractérisation de l’évolution des paramètres morphométriques (amplitude, longueur d’onde, rayon de courbure, courbure) à l’échelle de chacune des boucles de méandres n’a été effectuée. Bien que centrales dans l’étude de la dynamique des méandres, (Hooke, 2013 ; Hooke et Harvey, 1983 ; Magdaleno et FernandesYuste, 2011), ces approches sont rendues ici inopérantes du fait de la très faible mobilité des objets étudiés.
En revanche, certaines boucles ont fait l’objet d’une activité érosive latérale suffisamment soutenue pour que surviennent quelques modifications du tracé du lit. Les principaux changements morphologiques observés ont été classés de façon relativement sommaire en s’appuyant sur la typologie utilisée par Hooke sur la Dane (Hooke, 1984b) (Figure 5.3).
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Figure 5.3 Typologie des changements susceptibles d’affecter les boucles de méandres (Hooke, 1984b, modifié).
1.2. E
STIMATi
ON DES INCERTITUDES1.2.1. LES TYPES D’ERREUR
Deux principaux types d’erreur sont inhérents à la méthode employée pour générer les données (Gaueman et al., 2003) (Tableau 5.2) :
- L’erreur de géoréférencement (E1).
Les photographies aériennes ont été rectifiées à partir de clichés géoréférencés fournis par l’IGN et datant de 2005. La précision du géoréférencement a été optimisée en appliquant les recommandations de Hughes et al. (2006). Ainsi, lorsque cela était possible, les points amers ont été sélectionnés au niveau de points durs distribués de façon régulière et positionnés au plus près du lit de la rivière. Une transformation polynomiale de deuxième ordre a été appliquée. Parce que le RMSE est un indicateur très imparfait de l’erreur maximale induite par la rectification, Hughes et al. (2006), déconseillent de l’utiliser lorsque suffisamment de points communs indépendants des points amer sont disponibles. Ils préconisent dans ce cas de figure de retenir le 9ème décile de la distance séparant ces points indépendants. Cependant, quand cela demeure impossible, comme c’est ici le cas en raison du trop faible nombre de points communs exploitables, ces auteurs conseillent de retenir malgré tout la valeur du RMSE, qu’ils considèrent à défaut comme une approximation raisonnable de l’erreur de rectification. La valeur de RMSE sélectionnée pour une date donnée correspond à l’erreur maximale observée pour toutes les photographies traitées à cette date. Afin de réduire les risques de détection d’évolution spécieuse, il a été au final retenu une erreur de rectification égale à deux fois la valeur du RMSE.
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- L’erreur de digitalisation de la bande active (E2).
Elle correspond à l’incertitude maximale de localisation de la limite de bande active sous couvert forestier. Obtenue par itération de la digitalisation de son tracé (Gurnell et al., 1994), elle est égale à plus ou moins 4 m.
Ces deux erreurs étant indépendantes l’une de l’autre, l’erreur totale a été obtenue en calculant la racine carrée de la somme du carré de ces erreurs (Benjamin et Cornell, 1970, cité dans Gaeuman et al., 2003) (Tableau 5.2) :
������ ������ � ��1�� �2�
1.2.2. LES CAS PARTICULIER DU CADASTRE NAPOLEONIEN
Pour le cadastre napoléonien, document le plus déformé de tous ceux utilisés, l’erreur a été construite différemment. L’erreur liée au géoréférencement a été déterminée en mesurant la distance séparant le plus grand nombre possible de points communs au cadastre napoléonien et au cadastre actuel, ce dernier constituant le document de référence. La plus grande de ces distances a été retenue comme valeur d’erreur. Un problème se pose ici pour le calcul des évolutions entre 1830 et 1950 puisque les documents utilisés, cadastre napoléonien et photographies aériennes respectivement, ont été rectifiés à partir de documents différents. Ceci constitue une source potentielle supplémentaire de décalage spatiale. Celui-ci a été estimé en mesurant les distances séparant des points communs au cadastre actuel et aux photographies de 2005. Le décalage observé étant minime, nous avons considéré que le calcul des évolutions entre 1830 et 1950 ne nécessitait pas l’introduction d’une source d’erreur additionnelle. L’erreur issue de l’identification de la limite du lit a été fixée à plus ou moins 2 m, ce qui correspond à l’épaisseur maximale du trait représentant la limite entre lits mineur et majeur. Enfin, un troisième type d’erreur a été intégré afin de prendre en compte les incertitudes relatives à l’imprécision géométrique des objets cartographiés et à l’imprécision de leur représentation graphique. Sa valeur a été fixée arbitrairement à 15 m. Pour obtenir l’erreur totale, ces trois erreurs ont ensuite été combinées de la même façon que pour les photographies aériennes (Tableau 5.2).
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Tableau 5.2 Valeurs d’erreur (en m) appliquées pour chaque date au calcul des évolutions de surface des formes fluviales.
SECTEUR 1 Erreur liée au
géoréférencement Erreur liée à l'identification de la bande active Erreur liée à l’imprécision géométrique Erreur totale 1833 15 2 15 21,3 1950 3,1 4 / 5,1 1960 3,3 4 / 5,2 1975 2,8 4 / 4,9 1985 3 4 / 5 1995 2,3 4 / 4,6 2005 0 4 / 4
SECTEUR 2 Erreur liée au
géoréférencement Erreur liée à l'identification de la bande active Erreur liée à l’imprécision géométrique Erreur totale 1827 9 2 15 17,6 1950 3,1 4 / 5,1 1959 2,8 4 / 4,9 1973 3,6 4 / 5,4 1983 2,9 4 / 4,9 1995 2,6 4 / 4,8 2005 0 4 / 4
SECTEUR 3 Erreur liée au
géoréférencement Erreur liée à l'identification de la bande active Erreur liée à l’imprécision géométrique Erreur totale 1825 13 2 15 19,9 1950 4 4 / 5,7 1959 4 4 / 5,7 1973 2,8 4 / 4,9 1983 2,8 4 / 4,9 1995 2,6 4 / 4,8 2005 0 4 / 4
1.2.3. LA PRISE EN COMPTE DES ERREURS DANS LA GENESE DES SURFACES ERODEES ET VEGETALISEES
Une fois l’erreur totale déterminée, les surfaces érodées et végétalisées ont pu être construites. Pour chaque date, une zone tampon d’une largeur égale à deux fois la valeur de l’erreur totale a été créée le long des limites de la bande active. Les zones tampons de la bande active à deux dates successives ont ensuite été fusionnées, matérialisant ainsi l’emprise spatiale à l’intérieur de laquelle toute évolution a été considérée comme non avérée. A ensuite été exclu de l’analyse tout polygone
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érodé ou végétalisé inscrit en totalité dans cette zone tampon fusionnée. A l’inverse, lorsque l’emprise des polygones dépassait celle de la zone tampon fusionnée, l’évolution a alors été considérée comme avérée et ces polygones ont été intégralement conservés.