HAL Id: halshs-01677434
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Submitted on 8 Jan 2018
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Extraction des plaines alluviales à l’échelle du réseau hydrographique : une première étape pour la
caractérisation physique des cours d’eau
Adrien Alber, Herve Parmentier, Hervé Piégay
To cite this version:
Adrien Alber, Herve Parmentier, Hervé Piégay. Extraction des plaines alluviales à l’échelle du réseau hydrographique : une première étape pour la caractérisation physique des cours d’eau . Conference: ESRI Francophone 2007, Oct 2007, Paris, France. 2007. �halshs-01677434�
Extraction des plaines alluviales à l'échelle du réseau hydrographique :
une première étape pour la caractérisation physique des cours d'eau
Problématique
Perspectives de recherche
945 970 995 1020 1045 1070 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Distance (m) A lt it u d e (m ) 200 210 220 230 240 250 260 0 500 1000 1500 2000 2500 Distance (m) lAt itu de ) m( BD_Alti Plan de référence hr= 2 m hr= 5 m hr= 10 m 195 197 199 201 203 205 207 209 211 213 215 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Distance (m) Al tit ud e (m ) Plaines alluviales 0 12 500 25 000 Mètres Compartiment géomorphologique Lit mineur Lit moyen Lit majeur Cône de déjection Fond de vallée extrait0 1000 2000 Mètres
Adrien Alber
(1)
, Hervé Parmentier
(2)
et Hervé Piégay
(2)
UMR 5600, CNRS
(1) Université de Lyon (2) ENS-LSH,
ISIG
b) Validation locale
Figure 10 : Sensibilité de la largeur de plaine au seuil de hauteur retenu pour différents profils de vallée
a) Validation qualitative
à l'échelle du tronçon
Vallée plate
Vallée plate à terrasses Vallée en auge
BD_Alti Plan de référence hr= 2 m hr= 5 m hr= 10 m Figure 7 0.0 - 300.0 300.0 - 600.0 600.0 - 1000.0 1000.0 - 1500.0 1500.0 - 2500.0 2500.0 - 4000.0 4000.0 - 8000.0
Linéaire fluvial (Durance)
0 12 500 25 000 Mètres
Largeur moyenne de fond de vallée (m)
Cellules raster 220 210 210 210 215 230 215 215 220 225 245 220 220 220 240 250 225 225 225 225 270 230 230 255 210 210 210 210 210 215 215 215 215 215 220 220 220 220 220 225 225 230 10 0 0 0 5 15 0 0 5 10 25 0 0 0 20 0 0 25 270 230 40
Méthodologie
c) Illustration de la méthode 2
b) Description de la méthode 2
1. EXTRACTION DE L'AXE MEDIAN DES VALLEES ALLUVIALES (cf. figure 6)
2. CONSTRUCTION DU PLAN DE REFERENCE RASTERISE (cf. figure 7)
3. CONSTRUCTION DU M.N.T. RELATIF DES VALLEES ALLUVIALES (cf. figure 8)
4. EXTRACTION DU FOND DE VALLEE ET CONVERSION SOUS FORME VECTORIELLE
La soustraction de la BD_Alti au plan de référence obtenu, cellule par cellule, permet de construire un M.N.T. d'altitude s relative s (3D
Analyst Tools), et ainsi d'évaluer les
hauteurs par rapport au fond de vallée en tout point des sections orthogonales à l'axe médian (cf. figures 4 et 8).
En raison de la complexité structurale du réseau hydrographiqu e (hétérogénéit é et degré de confinemen t des sinuosités) , l'axe médian des vallées alluviales ne peut pas être déduit du linéaire fluvial (*) (cf.schéma). Nous avons donc opté pour une digitalisatio n de la polylign e "axe médian" en nous appuyant interprétant sur l'interprétation la BD ALTI® IGN préalablement ombrée (utilisation de l'Editeur).
M.N.T. absolu (BD_ALTI®)
Plan de référence M.N.T. relatif
L'outil Extraction par attributs (Spatial Analyst Tools) permet d'extraire du M.N.T. relatif l'ensemble des cellules de valeur inférieure au(x) seuils de hauteur relative prédéfini (cf. figure 8). Finalement, le raster "Fond de vallée" est converti en entité polygone grâce à l'outil Conversio n de la Raster Tools. Cette entité peut éventuellement être lissée afin d'améliorer son esthétique.
- Des plaines alluviales fortement anthropisées conduisant à une altération physique et écologique des cours d'eau (cf. figure 2)
- Adoption d'une Directive Cadre Européenne (2000) fixant comme objectif l'atteinte du "bon état écologique" des masses d'eau d'ici 2015
- Nécessité d'une planification des actions de restauration à l'échelle des bassins hydrographiques (cf. figure 1)
- Enjeu en matière de recherche: définir le "bon état écologique" et évaluer l'écart actuel des tronçons fluviaux à cette référence (cf. figure 3).
Proposer une méthode d'extraction des plaines alluviales sous système d'information géographique afin d'ouvrir vers :
- la quantification des caractéristiques physiques des vallées alluviales à l'échelle du réseau hydrographique (largeur, pente...)
- une meilleure compréhension du contrôle qu'elles exercent sur le fonctionnement des cours d'eau, en particulier sur la dynamique latérale - identifier, caractériser et spatialiser les différents types fonctionnels de cours rencontrés sur le bassin hydrographique Rhône Méditerranée et Corse
- Evaluer le degré d'artificialisation des plaines alluviales et proposer des actions de restauration à l'échelle du réseau hydrographique
Source des données : BD CARTHAGE
0 25 50 Kms
Axe médian des vallées 1. DIGITALISATION DE L'AXE MEDIAN DES VALLEES ALLUVIALES
Zoom sur le réseau hydrographique rasterisé
326.0 mètres 181.0 mètres
2. CONSTRUCTION DU PLAN DE RÉFERENCE
0 5 10 Kms
2. CONSTRUCTION DU PLAN DE RÉFERENCE
Pente (en %) obtenue en applicant la fonction slope
(3D Analyst Tools) à la BD ALTI®
0 - 0.5 0.5 - 1 1.0 - 1.5 1.5 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 5.0 5.0 - 10.0 10.0 - 30.0
RGE, BD ALTI® © IGN Contour du fond de vallée déduit de la méthode 2 (cf. figure 8)
Altitude rapportées au fond de vallée (m) -3.0 - 0.0 0.0 - 1.0 1.0 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 4.0 4.0 - 5.0 5.0 - 10.0 10.0 - 20.0 20.0 - 50.0 50.0 - 100.0
RGE, BD ALTI ® © IGN
Extraction des cellules du MNT relatif inférieures au seuil de hauteur retenu et conversion en entité polygone
Limites du fond de vallée obtenu après application d'un seuil de hauteur relative égal à 5 mètres
3. et 4. CONSTRUCTION DU M.N.T. RELATIF ET EXTRACTION DU FOND DE VALLEE SOUS FORME VECTORIELLE
Fond de vallée et versants à pente faible peu discriminés
Bonne discrimination du fond de vallée et versants à pente forte
m 0 èrterelatfi LIT MAJEUR TERRASSE ALLUVIALE E N I A L P A U Q E L A I V U L L A E R I A N R E T E N I A L P E N R E D O M E L A I V U L L A T I L MINEUR X hr (x) 0 E C N E R E F E R E D N A L P AL U Q I R T E M I T E E D D N O F " VALLEE" VERSANT
Définition de l'objet : la plaine alluviale est un compartiment géologique formé par le
dépôts d'alluvions fluviatiles ou lacustres dans les fonds de vallée à l'échelle de milliers d'années. Elle peut présenter plusieurs niveaux emboîtés: un niveau contemporain encore soumis aux inondations (plaine alluviale moderne généralement confondue avec le lit majeur) et des niveaux anciens (généralement quaternaires) qualifiés de "terrasses" (cf. figure 4).
Deux critères géométriques de discrimination (figure 4) :
- la pente : la plaine alluviale est appréhendée comme l'espace plat compris entre les zones à forte pente assimilées aux versants (méthode 1)
- la hauteur relative par rapport au "fond de vallée" : la plaine alluviale est alors appréhendée comme l'espace inondable pour une hauteur d'eau donnée (méthode 2). La méthode 1 a été testée (cf. figure 5) puis partiellement abandonnée au profit de la méthode 2 qui a été développée sous ArcGis 9.1 à partir d'un modèle numérique de terrain (M.N.T.) et de la BD Carthage.
a) Principe de la méthodologie
La méthode consiste à construire un plan de référence altimétrique afin d'évaluer les hauteurs rapportées au fond de vallée en tout point des sections orthogonales à l'axe médian des vallées (cf. figure 4). Le choix d'un seuil de hauteur relative permet de ne retenir que les points appartenant à la plaine alluviale ainsi définie.
Justification de la démarche :
Objectifs de la présente étude :
"Axe médian" BD ALTI® M.N.T. du réseau hydrographique Segmentation (a) Buffer rectangulaire (b) Rasterisation (c) Buffer rectangulaire segmenté Plan de référence « Fond de vallée » Multiplication (d)
Statistique zonale (e)
Boîtes à outils ArcGis: (a) Editeur
(b) Analyst Tools (c) Raster Tools (d) 3D Analyst Tools (e) Spatial Analyst Tools
BD Carthage
(*) Des développements méthodologiques utilisant des modèles numériques de terrain (M.N.T.) font l'objet de recherche spécifique (http://www.howardzzh.com/research/terrain\).
La statistique zonale permet d'attribuer une altitude de référence (prise au niveau du cours d'eau) à chaque entité du buffer rectangulaire via un calcul de moyenne sur les cellules du M.N.T. qu'elle "recouvre" Vallée encaissée sinueuse Vallée large de piedmont Vallée en V Vallée en U Vallée côtière
Figure 4 : Schématisation d'une plaine alluviale à terrasses dans sa vallée et définition du paramètre de hauteur relative utilisé dans la méthode 2
li ue sr uet ua H
Figure 3 : Evolution amont-aval des types de cours d'eau en lien avec l'évolution de la morphologie de vallée
1 2
3 1
2
3 "Artefacts" correspondant aux espacesplats n'appartenant pas au fond de vallée 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 0 50000 100000 150000 200000 250000 Distance amont-aval (m) L a rg e u r m o y e n n e d e fo n d d e v a llé e (m )
Evolution longitudinale de la largeur moyenne du fond de vallée
Perspective de recherche à venir :
- Sectorisation des vallées alluviales en tronçons fluviaux homogènes par analyse des discontinuités longitudinales de paramètres géomorphologiques (cf. figure 11)
- Modélisation statistique du degré de confinement exercé par les versants sur le tracé en plan (cf. ci-dessous)
-1.5 -1 -.5 0 .5 1 1.5
Indice de confinement = Amplitude des sinuosités / Largeur de fond de vallée
Cours d'eau confiné Cours d'eau
non confiné
Figure 11 : Evolution amont-aval de la largeur moyenne de la plaine alluviale de la Durance et découpage en tronçons homogènes
Figure 8 : Cartographie des plaines alluviales dans le bassin versant de la Durance extraites par la méthode 2.
Figure 9 : Superposition de la cartographie hydrogéomorphologique à la plaine alluviale extraite
Donnéesraster
Données vecteur
Ecosystèmes riverains et/ou ressources sylvicoles. Surfaces cultivées.
Gravière.
Zones d’habitats groupés ou dispersés, et infrastructures.
Limite de la plaine alluviale
Figure 2 : Les enjeux d'une rivière à dynamique latérale active, l'exemple de la basse vallée de l'Ain
Figure 1 Le bassin hydrographique Rhône Méditerranée et Corse
(Source : http://www.eaurmc.fr/)
Figure 6
Figure 7
Zoom sur le réseau hydrographique rasterisé Seuil fixé à 5 m elai vull a e nial P lla v e d d noF ée
Résultats / Validation
Figure 5: Test du critère de pente (méthode 1) pour déterminer les fonds de vallée
- Localement, sensibilité de la largeur de la plaine alluviale au seuil de hauteur relative retenu (cf. figure 10) - Absence de discontinuité dans le paysage (confusion pieds de versant / plaine)
--> nécessité de "caler" un seuil fondé sur l'observation des hauteurs d'eau atteintes en lit majeur pour différents types de vallée, et qui soit compatible avec la précision de la donnée.
Figure 8
Validation des résultats :
- Confrontation à une cartographie hydrogéomorphologique mise en oeuvre dans la région PACA et reposant sur une analyse fine des plaines alluviales (*) (cf. figure 9)
- Qualité de la donnée non contraignante à cette échelle mais :
(*) http://paca.ecologie.gouv.fr/ “Buffer rectangulaire” en lames de parquet Altitude absolue du plan de référence Elevée : 326.0 m Faible : 181.0 m Environnement Ville Société UMR 5600 CNRS
Axe médian de vallée Réseau hydrographique
A. Axes médians de vallée et du réseau hydographique confondus
B. Axe médian de vallée confondu avec le réseau
