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Reference
Télédétection et systèmes d'information géoréféré appliqués à la gestion des bassins versants et des lacs
STAUFFACHER, M., JAQUET, Jean-Michel
Abstract
Beaucoup de lacs, en pays développés et en voie de développement, souffrent de problèmes croissants de pollution et d'eutrophisation. Il est actuellement admis que l'étude et la gestion de la qualité de l'eau d'un lac ne peuvent se faire sans tenir compte de l'influence de son bassin versant, source de la majorité des polluants. Il devient donc nécessaire de développer une méthodologie globale d'analyse (plan d'eau et bassin versant) adaptable à différents types de lacs et facile à mettre à jour. L'évolution rapide de la micro-informatique ainsi que l'accès aux données télésatellitaires rendent possible l'utilisation de la télédétection et des Systèmes d'Information Géoréférée (SIG) dans l'analyse multicritère et multitemporelle des lacs et des bassins versants. Cette nouvelle approche est testée dans le cadre d'un projet conjoint UTED-S, GRID/PNUE et ILEC, visant à établir une méthode simple, rapide et peu coûteuse de gestion d'un bassin versant et de ses ressources lacustres. On en présente ici les principes ainsi qu'une illustration tirée de la région lémanique.
STAUFFACHER, M., JAQUET, Jean-Michel. Télédétection et systèmes d'information géoréféré appliqués à la gestion des bassins versants et des lacs. In: Vernet, Jean-Pierre. Hommage à F.-A. Forel: troisième Conférence internationale des limnologues d'expression française . Morges : J.-P. Vernet, 1991. p. 259-262
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TELEDETECTION ET SYSTEMES D'INFORMATION GEOREFERE APPLIQUES A LA GESTION DES BASSINS VERSANTS ET DES LACS
M. Stauffacher, J.-M. Jaquet
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RESUME
Beaucoup de lacs, en pays développés et en voie de développement, souffrent de problèmes croissants de pollution et d'eutrophisation. Il est actuellement admis que l'étude et la gestion de la qualité de l'eau d'un lac ne peuvent se faire sans tenir compte de l'influence de son bassin versant, source de la majorité des polluants. Il devient donc nécessaire de développer une méthodologie globale d'analyse (plan d'eau et bassin versant) .adaptable à différents types de lacs et facile à mettre à jour.
L'évolution rapide de la micro-informatique ainsi que l'accès aux données télésatellitaires rendent possible l'utilisation de la télédétection et des Systèmes d'information Géoréf érée (SIG) dans l'analyse multicritère et multitemporelle des lacs et des bassins versants.
Cette nouvelle approche est testée dans le cadre d'un projet conjoint UTED-S, GRID/PNUE et ILEC, visant à établir une méthode simple, rapide et peu coûteuse de gestion d'un bassin versant et de ses ressources lacustres. On en présente ici les principes ainsi qu'une illustration tirée de la région lémariique.
METHODOLOGIE
Un SIG permet de stocker, affi~er et comparer plusieurs plans d'information géoréférés (cf. fig. 1). C~te opération informatique, bien que similaire à une , superposition de cartes thématiques sur papier, a cependant des atouts
supplémentaires incontestables:
- réactualisation rapide,
- intégration aisée de l'imagerie satellitaire,
- plusieurs plans d'information pouvant se traiter simultanément, - facile adaptation à différentes échelles,
- manipulations statistiques et logiques de ces plans en vue de l'établissement de cartes dérivées (p. ex. carte de risques).
Dans le cadre de l'étude-pilote sur le bassin lémanique, les plans d'information utilisés sont de quatre types:
- documents cartographiques numérisés (géologie, sols, hydrologie, etc.), - modèle numérique de terrain de !'Office fédéral de topographie, - imagerie satellitaire de Landsat TM, MSS et A VHRR (utilisation
du sol, végétation, couleur de l'eau),
- fichiers des hectares de l'office fédéral de statistiques (informations socio-économiques)
Le SIG est divisé conceptuellement et opérationellement en deux domaines: le bassin versant (BV) et la surface lacustre. Sur le BV, le traitement informatique de ces différents plans d'information doublé des données de terrain permettent de défiJ?ir les zones susceptibles d'influencer négativement la qualité de l'eau par l'exportation de substances telles que sols, nutriments ou toxiques. Celle-ci est liée à plusieurs facteurs tels que la pente, le type de sols (pédologie, géologie), la végétation, le climat, les pratiques agricoles, le type d'urbanisation et la distance au lac.
* Unité de Télédetection de la Faculté des Sciences et UNEP-GRID, 13 rue des Maraîchers, 1211 Genève 4
Classiquement, l'on exprime la quantité de sol exportée par hectare et par an à l'aide d'une relation du type USLE (Universal Soil Loss Equation, ref; 1). Celle-ci consiste en une multiplication des facteurs mentionnés ci-dessus, lesquels peuvent être pondérés diversément suivant les cas. Au vu de la nature éminemment empirique de cette relation, nous l'avons dépouillée de son caractère quantitatif et utilisée pour estimer un indice ordinal d'exportation de matière (IEM), analogue à une notion de risque (ref. 2). Dans le cadre de l'étude-pîlote sur le Léman, nous testons, entr'autres, l'importance de la pondération et du paramètre "distance" sur le calcul de l'IEM. Ce concept de distance est au centre de l'approche par SIG. Il rend compte du fait qu'un secteur du BV, toutes choses égales par ailleurs, n'aura pas le même impact sur la qualité des eaux si il se trouve en contact directe avec le lac ou si, au contraire, il s'en trouve éloigné. De plus, la nature des terrains entre secteur à risques et lac joue un rôle prépondérant (ref. 3): un lien direct au lac (fleuve, rivière) n'aura pas le même effet qu'un lien indirect (eaux d'infiltration, zones humides, STEP). Cet effet tampon est modélisé par le moyen de cartes de friction. Le transport terre-lac se faisant principalement par gravité le long de vecteurs hydrauliques, les IEM calculés sur la maille élémentaire du SIG (30m à lkm) ont été regroupés par sous-bassins versants (SBV). Le transport des substances est alors considéré comme se produisant le long de l'interface entre le lac et le SBV, ponctuellement ou de manière diffuse.
Pour le domaine lacustre, des travaux antérieurs ont souligné l'intéret du desci:ipteur "couleur de l'eau" mesuré par TD sa te Ili taire (ref. 4 et 5). La couleur est liée aux paramètres classiques de qualité de l'eau et permet donc d'estimer les variations de ·celle-ci dans l'espace et le temps. Divers indices de couleur (WCI) basés sur les transformations de chromaticité (ref. 6) ont été calculés à partir des bandes TM 1,2,3 et A VHRR l ,2 et leur corrélation avec des indices de qualité de l'eau (WQI) est actuellement testée.
Le couplage terre-eau est ensuite étudié dans le SIG par l'intermédiaire des relations spatiales entre, par exemple, les zones à bas WQI et les SBV à forte exportation. La dynamique du lac est prise en compte grâce à une carte des courants dominants, également incorporée au SIG.
En mode prédictif, le modèle ainsi établi devrait permettre d'évaluer l'impact, sur la qualité de l'eau, de scénarios faisant intervenir des modifications de l'occupation du sol dans le BV.
EXEMPLE
Un extrait du SIG, simplifié pour l'impression monochrome, est présenté sur la fig. 2. L'occupation du sol est figurée ici par une carte des reflectances dans la bande TM3 (30.07.84), étalée dynamiquement entre 40 et 255 et rééchantillonné à 120m. Les hautes réflectances, caractéristiques des surfaces construites, des vignes et de l'agriculture intensive, correspondent aussi aux zones potentiellement exportatrices de sols et/ou nutriments. Le contraste d'occupation du sol, bien connu entre les côtes nord et sud du Léman, apparaît clairement. La couleur de l'eau est représentée par l'indice de chromaticité X (moyenne des dates 30.07.84, 22.05.88 et 25.07.88), dont les valeurs ont été regroupées en 3 classes. De 1 à 3, la couleur de l'eau passe du bleu-vert au vert-bleu et se désature (augmentation de la turbidité). On distingue aisément que la distribution spatiale de la couleur est non aléatoire, et que les zones turbides sont géographiquement proches des régions du BV à haute reflectance.
CONCLUSIONS
L'approche par SIG des relations entre le bassin versant et la qualité de l'eau au sein du limnosystème prend en compte la dimension spatiale des phénomènes de transfert, aspect souvent négligé dans la démarche traditionnelle. En outre, les zones à risques sont intimement liées à l'activité anthropique, donc sujettes à une évolution dans le temps: une base de données informatique présente l'avantage de pouvoir être réactualisée rapidement, en particulier pour l'utilisation du sol et la qualité de l'eau par la télédétection.
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L'aspect · "prédictir' d'un SIG est un atout fondamental dans la gestion d'un bassin versant. L'intégration et le traitement de différents plans d'informations simulés (développements futurs) déterminant la qualité de l'eau d'un lac permettent de piloter plus efficacement l'aménagement du territoire.
TOPOGRAPHIE
HYDROGRAPHIE
GEOLOGIE
OCCUPATION DU SOL
ROUTES
REFERENTIEL COMMUN
Fig. 1 Illustration d'un SIG
1. W H Wischmeier, US Department of Agriculture, 53 7, 1978
2. A .Sivertun, Int. J. Geographical information Systems, 2, 365, 1988 3. M K Butera, Geoscience and Remote sensing, GE-22, 502 ( 1984) 4. J M J Jaquet and B Zand, ESA, SP-1102, 57, 1989
5. J M J Jaquet, Revue des Sciences de !'Eau, 2, 457, 1989
6. TT Alfôldi and J C Munday, Canadian Journal of Remote Sensing, Vol 4, Nb 2, 108, 1978
