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Identification des parcelles agricoles au risque de
transfert de particules érodées dans le bocage sud
Manche grâce à l’analyse multicritère et au SIG
M. Auroux
To cite this version:
M. Auroux. Identification des parcelles agricoles au risque de transfert de particules érodées dans le bocage sud Manche grâce à l’analyse multicritère et au SIG. Sciences de l’environnement. 2008. �hal-02590921�
Groupement de Bordeaux
Académie de Toulouse
MASTER 2 PROFESSIONNEL GEOMATIQUE Parcours Professionnel :
« Science de l’Information Géoréférencée pour la Maîtrise de l’environnement et l’Aménagement des territoires » (SIGMA)
udes MEMOIRE de fin d’ét
Identification des parcelles agricoles au risque de
transferts de particules érodées dans le bocage sud
Manche grâce à l’Analyse Multicritère et au SIG.
Mathilde AUROUX
Sous la direction de Francis MACARY, maître de stage
et de Martin PAEGELOW, tuteur pédagogique.
Septembre 2008 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Remerciements
Je tiens en premier lieu à remercier Francis MACARY pour m’avoir encadrée, aidée et orientée pendant mon stage au Cemagref. Je le remercie pour sa qualité d’écoute et de conseil et pour l’apport des connaissances qu’il a mis à ma disposition. Au-delà de ses qualités en tant qu’expert agronome, il est aussi un bon pédagogue qui utilise l’infrastructure du Cemagref pour répondre aux attentes des étudiants et des jeunes diplômés. Je le remercie également pour sa gentillesse et sa disponibilité.
Je remercie mon tuteur enseignant, Martin PAEGELOW, de m’avoir permis de travailler à ses côtés et de m’avoir fait confiance pour cette année.
Je remercie également Daniel UNY, pour sa bonne humeur constante et Kévin PETIT, pour leurs compétences en informatique et particulièrement en SIG. Je remercie Daniel pour m’avoir accompagné sur le terrain d’Isigny le Buat et de m’avoir fait partagé ses connaissances tout au long de ce stage.
Je remercie l’unité ADBX de Bordeaux, et notamment le directeur de l’unité Frédéric Saudubray, de m’avoir accueillie durant ces six mois. Je remercie les deux secrétaires de l’unité, Stéphanie Touvron et Elodie Plault pour leur disponibilité et leurs conseils. Je remercie toute l’équipe pour leur bonne humeur quotidienne et leurs conseils.
Enfin, je remercie les stagiaires, thésards et contractuels de l’unité : Marion, Elodie, Damien, Younès, Ludovic, Zoé, Marisa, Odile, Corinne, Ahmedou, Alexis… pour tous leurs encouragements et les bons moments passés ensemble dans cet établissement. Je remercie également ma famille, mon ami et mes ami(e)s pour leur soutien.
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ouverte
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Master SIGMA FICHE DE STAGE 2008
NOM ETUDIANT : AUROUX
PRENOM ETUDIANT : Mathilde
Tél. portable 06 64 44 82 46
E. mail mathildeauroux@hotmail.fr
TITRE DU STAGE : Identification des parcelles agricoles au risque de transferts de particules érodées dans le bocage Sud-Manche grâce à l'analyse multicritère et le SIG
DATE DE DEBUT DE STAGE 17/03/2008 DATE DE FIN DE STAGE : 12/09/2008
NOM TUTEUR-ENSEIGNANT Martin PAEGELOW Université Université Mirail
SOCIETE : CEMAGREF
50, avenue de Verdun - Gazinet
Adresse
Code postal 33612
Ville CESTAS Cedex
Pays France
Site Web www.cemagref.fr
NOM DU MAITRE DE STAGE MACARY Francis
Fonction Ingénieur-chercheur en agro-environnement, Unité de recherche Aménités et Dynamiques des espaces ruraux.
Mel francis.macary@cemagref.fr
Téléphone 05 57 89 08 45
Fax 05 57 89 08 01
MOTS-CLES : Ruissellement, érosion, indicateur agro-environnemental, analyse multi-critère, ELECTRE, SIG, critères, pratiques agricoles, bassin versant, bocage, Sud Manche.
RAPPORT CONFIDENTIEL NON
RESUME de la mission : Le présent rapport résulte de travaux réalisés au sein de l’U.R ADBX (Aménités et Dynamiques des Espaces Ruraux) du Cemagref de Bordeaux pour une contribution à l’action scientifique ECOGER-OIR conduite par des équipes du Cemagref, de l’INRA et de l’ENSAR. La problématique concerne les conséquences des phénomènes érosifs sur
deux bassins versants : les Violettes et le Moulinet, dans le sud de la Manche, en zone d’élevage bovin intensif.
Le contexte pédo-climatique, favorable à l’action érosive et au ruissellement, engendre des transferts de particules érodées responsables du colmatage des frayères pour les salmonidés. La mise à jour des données disponibles a été indispensable sous SIG : Arcview, Arcinfo workstation, Arcgis 9.2. La mise en œuvre d’une Analyse
MultiCritères par la méthode ELECTRE III, couplée au SIG, a permis de hiérarchiser les parcelles agricoles sensibles suivant leur degré de risque
potentiel, à l’échelle du bassin versant, face au transfert de MES. Cette analyse s’est effectuée en prenant en compte cinq critères : la pente, la connectivité, les talus, l’occupation du sol et les berges. Ce travail a montré le rôle important des éléments structurants du bocage, et des zones tampons, qui permettent une réduction des flux de MES vers les ruisseaux, ainsi que l’aménagement des berges et l’introduction des
cultures intermédiaires durant la phase hivernale depuis 2006. Cette étude propose une mise à jour des connaissances sur le sujet, une
présentation de la méthode utilisée pour l’identification des parcelles sensibles, et une analyse de la restitution cartographiée des résultats, qui pourront être utilisés comme une aide à la décision par les acteurs locaux, en vue de mesures envisageables pour retrouver une bonne qualité des
cours d’eau. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ABSTRACT : This report results from a project made in the ADBX research unit, at
Bordeaux Cemagref to contribute at the scientific action ECOGER, between teams from Cemagref, INRA and ENSAR. The problem concerns the consequences of erosion in two watersheds, the Violettes and the Moulinet, in the south of Manche, in intensive cattle breeding area.
The context of pedology and climate is favourable to erosion and run off, which generates the transfer of eroded particles responsible for the filling of the spawning grounds for trouts and salmons.
The update of the available data under GIS was indispensable: Arcview, Arinfo workstation, Arcgis 9.2. The realisation of a multi-criteria evaluation by the ELECTRE III method, with GIS allowed to classify the plots of the watersheds according to the level of potential risk facing the transfer of MES. This evaluation made including five criterions: slope, connection, embankment, occupation of soil and banks. This study showed the important role of the structuring elements of the landscape, buffer zone, who allow a reduction of medium term flows in the streams, and also the arranging of banks and the introduction of intermediate cultures during winter since 2006.
This study proposes an update of knowledge about the subject, a presentation of the method of the AMC on the sensitivity of the plots, an analysis of the restitution charted of the analysis, which might be used like a help to decision by local actors, with a view to possible proposals for measurements to find again a right quality river’s.
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Table des matières
Remerciements... 2
Introduction... 6
Première Partie : La structure d’accueil (Unité de recherche ADBX du CEMAGREF) et analyse du contexte de mes travaux dans le cadre du projet ECOGER-OIR... 8
1. Présentation de la structure d’accueil et du projet... 8
1.1. La structure d’accueil... 8
1.2. Le projet ECOGER-OIR 2008 ... 8
1.2.1 Action scientifique structurante ECOGER... 8
1.2.2 Le rôle de l’unité ADBX... 9
1.2.3 Les objectifs du projet en 2008 ... 9
2. Présentation de la zone d’étude... 10
2.1 Choix de l’échelle et du site d’étude ... 12
2.2 Particularités des deux bassins versants choisis ... 12
2.3 Occupation du sol et identification des éléments paysagers (bocage, talus, haie)... 14
3. Evaluation des besoins du projet 2008. ... 16
3.1. Mise à jour de la connaissance du terrain : pratiques agricoles, occupation du sol et aménagements paysagers... 16
3.2. Intégration des données dans le Système d’Information Géographique... 17
3.3. Réalisation d’une analyse multi-critère par la méthode ELECTRE : construction d’un indicateur agro-environnemental spatialisé ... 18
Deuxième Partie : Outils et méthodologie pour la classification des parcelles à risque d’émission et du transfert de particules... 19
1. Acquisition et gestion des données ... 19
1.1. L’obtention des données : enquête téléphonique... 19
1.2. Enquêtes de terrain... 20
1.3. Validation des résultats ... 21
2. Utilisation et mise à jour du SGBD existant ... 22
2.1. Organisation des données initiales ... 22
2.2. Un travail sous Arcinfo workstation de restructuration topologique des couches de données et de mise à jour de couches... 23
2.3. Mise à jour des tables de données ... 24
3. Traitements des données : Analyse Multi-Critère sous le logiciel Electre... 26
3.1. Les méthodes Electre vers une aide à la décision... 26
3.2. L’Analyse sous Electre III et IV... 27
3.3. Application au projet... 28
3.3.1 Les Actions et choix des critères... 28
3.3.2 Tableau des performances et pondération des critères ... 29
Troisième partie : Analyse des résultats, Evaluation et perspectives du projet... 33
1. Analyse des résultats après validation des cartes d’occupation du sol sur le terrain... 33
1.1. Evolution de l’occupation du sol sur le bassin versant des Violettes ... 33
1.2. Evolution de l’occupation du sol sur le bassin versant du Moulinet. ... 36
1.3. Analyse des occupations du sol avec l’implantation de cultures dérobées... 38
2. Résultats de l’Analyse multicritère sous Electre III ... 40
2.1. Identification des parcelles sensibles au transfert de particules érodées ... 40
2.2. Evolution des parcelles à risque de transferts de MES entre 2006 et 2008 ... 44
2.3. Analyse des aménagements effectués sur les berges entre 2006 et 2008 et pertinence de la méthode Electre. ... 48
2.4. Tests de sensibilité et de robustesse ... 50
3. Perspectives du projet ... 51
3.1. L’intérêt d’une approche par modélisation avec SWAT (Soil and Water Assessment Tool) ... 51
3.2. Eléments proposés pour la mise en place du modèle SWAT ... 51
Conclusion ... 52
Bibliographie... 53
Glossaire ... 55
Tables des illustrations... 56
Annexes ... 57 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Introduction
Pendant de nombreuses années, l’eau a été considérée comme une ressource banale et inépuisable. Cela provenait de la méconnaissance qu’on avait de l’action des activités de l’homme sur le milieu. Ces quinze dernières années, l’intérêt mondial pour l’eau a progressivement évolué. En France, la réforme de la PAC (Politique Agricole Commune) en 1992 a engendré d’importantes mesures agro-environnementales et l’adoption de la loi sur l’eau a renforcé la protection de la qualité de l’eau. Preuve du lien entre l’homme et son milieu, les pratiques de l’agriculture intensive ont engendré une dégradation de la ressource en eau et des écosystèmes aquatiques. Les agriculteurs s’avèrent être les gestionnaires essentiels des zones humides de fond de vallée puisque la plupart d’entre elles sont situées dans des territoires d’exploitations agricoles. Par l’usage qu’ils font de ces zones et les éventuels aménagements, ils sont les acteurs essentiels de leur évolution, c'est-à-dire de leur qualité écologique.
Depuis une vingtaine d’années, des constats multiples montrent une croissance accrue de la dégradation des sols due à l’érosion hydrique. Dans les régions bocagères du Nord-Ouest de la France, le remembrement partiel des parcelles, la texture des sols, l’activité anthropique ou l’influence des pentes dans les phénomènes de ruissellement de surface, sont en partie à l’origine de cette dégradation. Ces régions sont également touchées par l’érosion des sols tout aussi néfastes pour l’équilibre des écosystèmes. Cette érosion se traduit par le transfert des particules de terres arrachées lors du ruissellement et entrainées vers les talwegs. Notre terrain d’étude se situe dans le département de la Manche. Nous étudierons deux petits bassins versants de l’Oir. Les ruisseaux, qui coulent sur ces bassins versants, ont montré un état piscicole de plus en plus dégradé. L’analyse de l’évolution des peuplements de poissons et des macrophytes aquatiques de rivières traduisent des signes de dégradation de ce milieu avec un colmatage du fond des rivières et notamment des frayères de salmonidés. En région d’élevage, les transferts vers les eaux de surface de matières en suspension (MES) liés à l’érosion des sols peuvent pour partie expliquer ces problèmes.
C’est à partir de ce constat qu’a été mise en place l’action scientifique structurante AQUAE, en 1999, réunissant l’INRA et le Cemagref autour d’un projet pluridisciplinaire. Il visait à caractériser les effets de la gestion des bassins versants sur les transferts particulaires et dissous, et sur la qualité biologique des eaux de surface en zone d’élevage. Sur ce projet l’appréciation des mécanismes de transfert a pu être initiée de façon à évaluer le potentiel à risque des parcelles agraires. Suite à ces travaux, d’autres questionnements ont vu le jour. Depuis 2006, des recherches s’intéressent à la connectivité des éléments paysagers avec les phénomènes de ruissellement et de transfert des MES. Pour répondre à cet objectif, il a été mis en place le programme « Ecosphère Continentale Risques Environnementaux ECOGER-PAPIER ». Le projet porte le nom d’ECOGER-PAPIER, qui signifie Ecologie pour la Gestion des Ecosystèmes et de leurs Ressources et Paysages Agricoles, flux de Polluants, Impacts Ecologiques en
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Rivière. Ce projet a été lancé sur trois années et ce depuis janvier 2006. Il associe le Cemagref,
l’INRA et l’ENSAR de Rennes sur le département de la Manche.
La problématique générale de ce projet est de montrer les conséquences des phénomènes érosifs sur deux bassins versants affluents de l’Oir : les Violettes et le Moulinet en zone d’élevage bovin intensif. Notre sujet s’attache à constituer une classification des parcelles agricoles au risque de transferts de particules érodées dans le bocage sud-Manche grâce à une analyse multicritère et un Système d’Information Géographique (SIG).
C’est au sein de l’unité ADBX (Aménités et Dynamiques des Espaces Ruraux) du
Cemagref à Bordeaux : Institut public de recherche pour l’ingénierie de l’agriculture et de
l’environnement, que j’ai effectué mon stage de 6 mois prévu dans le cadre de la formation SIGMA.
Les objectifs du projet sont d’affiner la caractérisation de la dynamique spatiale et temporelle du transfert de particules érodées dans le bocage Sud-Manche grâce à l’Analyse multi-critère (AMC) et le SIG. L’appréciation des mécanismes de transfert de particules des versants vers les ruisseaux devait être mis à jour de façon à évaluer le potentiel à risque des parcelles agraires, de l’occupation des sols et des pratiques culturales par une analyse de type multi-critères ELECTRE, à l’échelle temporelle d’une campagne agricole.
Le but est d’évaluer le rôle des facteurs concourant à ces transferts, leurs interrelations, afin d’aboutir à une cartographie préventive du « risque » d’émission. Il consiste aussi à évaluer l’impact des pratiques agricoles et d’aménagement rural sur la dégradation de la qualité piscicole, afin de fournir des indicateurs et méthodes scientifiques permettant d’appuyer des mesures politiques. Les travaux de cette année montreront l’évolution qu’il y a eu depuis le début du projet, depuis les derniers résultats de 2006 et à évaluer les perspectives futures.
Ce rapport fait état des connaissances acquises sur le projet cette année et de toutes les étapes qui nous ont amené à l’obtention de nos résultats. La première partie de ce rapport sera consacrée à l’analyse des premiers travaux et l’évaluation des besoins dans le cadre du projet ECOGER-OIR. Nous verrons ensuite, la méthodologie et les outils utilisés établies pour la classification des parcelles à risque d’émission et du transfert de particules. Enfin, pour finir, nous analyserons les résultats et évaluerons les perspectives du projet.
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Première Partie : La structure d’accueil (Unité de recherche ADBX
du CEMAGREF) et analyse du contexte de mes travaux dans le
cadre du projet ECOGER-OIR.
Cette partie s’attache tout d’abord à présenter l’établissement où j’ai effectué mon stage. Le projet en lui-même et les besoins pour 2008 sont ensuite exposés pour bien comprendre les objectifs du stage.
1. Présentation de la structure d’accueil et du projet
Cette partie s’attache à présenter le projet ainsi que la participation des acteurs concernés et notamment l’unité de recherche ADBX qui m’a accueilli durant le stage, ainsi que les équipes de l’INRA de Rennes en relation directe avec l’UR ADBX.
1.1. La structure d’accueil
Le Cemagref est un Institut Public de recherches pour la gestion durable de l’eau et des territoires. Créé en 1981, cette structure est depuis placée sous la double tutelle des Ministères chargées de la Recherche et de l’Agriculture. Il est l’un des huit instituts de recherche sous le statut des Etablissements Publics à caractère Scientifique et Technologique (EPST), cf Annexe 1. Ses travaux portent essentiellement sur les systèmes environnementaux continentaux dans la perspective de la gestion durable des eaux et des territoires. Ils sont centrés sur la conception de méthodes et d’innovations technologiques destinés à appuyer l’aide à la décision pour la gestion des milieux naturels et des systèmes de production associés.
Le groupement de Bordeaux est composé de trois unités scientifiques de recherche (ADBX, EPBX, REBX). J’ai effectué mon stage au sein de l’Unité ADBX « aménité et dynamique des espaces ruraux », rattachée au département « Gestion des Territoires ». Mes travaux participent au thème de recherche Ceres (Agriculture multifonctionnelle et enjeux environnementaux) qui se construit autour du questionnement sur les changements qui affectent les espaces agricoles en interaction avec les changements d’états des hydrosystèmes et les activités. « Les recherches conduites au sein de l’unité ADBX ont précisément pour objectifs de développer des outils et méthodes de diagnostic et de formuler des solutions adaptées aux différentes échelles d’analyse » (Macary, Vernier, 2005).
1.2. Le projet ECOGER-OIR 2008
1.2.1 Action scientifique structurante ECOGER
Le programme dénommé ECOGER a été initié en 2006, faisant suite à un premier programme « AQUAE » (2002-2004) destiné à mobiliser plusieurs équipes de chercheurs du Cemagref et de l’INRA autour de problématiques environnementales. Cette action avait pour but l’étude et le développement de méthodes scientifiques pouvant contribuer à l’amélioration de certaines pratiques agricoles. L’interdisciplinarité et la coopération scientifique sont au cœur de ce projet, cf Annexe 2.
ECOGER traite des relations entre les structures paysagères, les transferts hydriques et flux géochimiques, et l’état écologique des milieux aquatiques.
L’objectif est de fournir des éléments explicatifs de l’état écologique des cours d’eau sur deux bassins versants dans le sud Manche : celui des Violettes et du Moulinet. Il s’agit ainsi de répondre à deux questions générales :
• Comment les flux sont contrôlés par les paysages agricoles ?
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• Comment les flux se transforment dans les écosystèmes aquatiques et quels sont leurs impacts ?
En sachant que les agrosystèmes influencent les écosystèmes aquatiques, en particulier en modifiant les flux hydriques et en augmentant les apports diffus de substances particulaires ou dissoutes, de multiples approches sont à développer :
- l’approfondissement du rôle des structures linéaires du paysage (interfaces) sur les flux ;
- l’approfondissement de la connaissance du rôle du paysage sur le flux d’eau et de polluants dans un bassin versant ;
- l’identification des domaines émetteurs de polluants sur le bassin versant et leur connexité au cours d’eau (ainsi que leurs variations temporelles) ;
- identifier les dynamiques spatiales et temporelles des flux et leur déterminisme.
- une participation à l’élaboration de propositions d’aménagements du bassin versant (terrestre et aquatique) basées sur un diagnostic de l’état écologique du cours d’eau.
1.2.2 Le rôle de l’unité ADBX
L’Unité ADBX s’est d’abord attachée à mettre à jour en 2006 (lancement du projet ECOGER) les données créées lors du projet AQUAE (DORIOZ et al., 2004) de manière à valoriser et développer la base cartographique sur les deux bassins versants. L’ensemble des travaux effectués avaient un double objectif :
- apporter un approfondissement des connaissances actuelles et nouvelles sur le secteur étudié ; - valoriser les conclusions, de manière à appuyer l’aide à la décision dans le bon sens.
Concernant l’occupation du sol, il avait été constaté que les pratiques agricoles avaient peu évolué durant les années (2001-2006). Globalement, les efforts entrepris de la part des acteurs locaux et des aménageurs sur le terrain vont dans le sens d’une organisation et d’une gestion raisonnée de l’espace agricole. Néanmoins, l’état écologique des ruisseaux ne dépend pas de ces seuls facteurs et la dégradation des berges observée, révélait l’ensemble des efforts qu’il restait à mener pour améliorer la qualité piscicole des cours d’eau.
L’application de l’AMC couplée au SIG ont permis d’utiliser des méthodes exhaustives en considérant les facteurs systémiques à l’échelle du bassin versant. Là aussi, les résultats ont montré une faible évolution de la sensibilité des parcelles, hormis les zones où le ruisseau avait été calibré et qui présentait alors un bon état général des berges. Les propositions et mesures d’aménagements qui avaient été l’objet de compte rendu des travaux après le projet AQUAE, étaient en cours de réalisation. Dans les mois qui ont suivi l’étude, un programme de clôturage des berges devait être appliqué sur le bassin versant des Violettes.
Les résultats des travaux de l’équipe ADBX ont montré des parcelles sensibles à l’action érosive et au transfert des MES. L’ensemble de la base cartographique a servi à visualiser de façon concrète les conclusions apportées aux recherches. Les cartes de préconisation ont compléter l’étude, de manière à approfondir le rôle des éléments du bocage face aux flux de particules érodées. Le développement d’une série de mesures et d’aménagements a enrichi les connaissances et les acquis sur le secteur. Ces mesures ont récapitulé les principaux axes de recherche et ont proposé un résumé des différentes applications qui permettrait une meilleure gestion des agrosystèmes en vue d’une amélioration de la qualité piscicole des cours d’eau. L’avancée du projet devait permettre de mettre en relation, dans les mois qui ont suivi les résultats de l’INRA de Rennes. Ceci pour analyser et comparer les quantités de MES relevées dans les cours d’eau en rapport avec l’identification des parcelles sensibles aux transferts de MES, de manière à déterminer de façon pertinente l’origine et la dynamique des flux.
1.2.3 Les objectifs du projet en 2008
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En 2008, l’objectif des travaux est de compléter les éléments explicatifs de l'état écologique des ruisseaux par l'activité agricole et l'aménagement du paysage dans le bassin versant qui l'alimente. Cette explication passe en grande partie par la connaissance des flux hydriques, cf Annexe 3 : Problématique générale ECOGER-PAPIER.
Nous cherchons à refaire une classification des parcelles agricoles au risque de transferts de particules érodées en suivant l’évolution notable des cultures et des aménagements de berges depuis 2006. Nous avons pris en compte cette année l’évolution culturale, c'est-à-dire la pratique de cultures dérobées qui est de plus en plus courante aujourd’hui. Partant des problèmes fréquents de dégradation des écosystèmes aquatiques et des questions liés à l’amélioration de leur qualité (DCE), les flux étudiés concerneront toujours les matières en suspension (MES). Le but est donc d’intégrer dans le SIG, la mise à jour de la connaissance des pratiques et de l’occupation du sol sur le bassin versant. Nous voulons arriver à la réalisation d’une AMC à deux périodes de l’année et à la construction d’un indicateur agro-environnemental spatialisé du risque d’émission et du transfert des particules. Nous souhaitons établir des cartes à risques pour tenir compte de l’échelle temporelle, sur les petits bassins versants étudiés. Pour cela, nous avons à disposition les logiciels ELECTRE pour l’AMC et les stations SIG sous Arcview, Arcinfo et ARC GIS de l’Unité de Recherche ADBX.
2. Présentation de la zone d’étude
La zone d’étude se localise dans le Nord-Ouest de la France, en région de Basse-Normandie, et plus précisément au sud du département de la Manche à 30km du Mont Saint Michel , cf figure 1 ci-dessous. Elle concerne le suivi de deux sous bassins versants affluents de l’Oir, le ruisseau des Violettes (3,3 km pour une surface drainée de 225 hectares), et le ruisseau
du Moulinet (4,9 km pour 453 hectares) tous deux localisés sur la commune d’Isigny le Buat.
Depuis 1973, elle forme la première commune-canton de France. Elle compte 3000 habitants pour une superficie de 7331 hectares. La SAU (Surface Agricole Utilisée) représente 80%, soit 5865 hectares. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Figure1 : Localisation de la zone d’étude CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
2.1 Choix de l’échelle et du site d’étude
Dans ce projet, l’approche géographique se veut multi-scalaire. Tout d’abord, l’étude se fait au niveau local, à l’échelle des processus et des habitats. Mais l’enjeu de la recherche est de replacer ces processus locaux à une échelle plus globale au niveau du bassin versant. En effet, ces recherches permettent d’identifier les facteurs de contrôles des flux à différents niveaux et de les hiérarchiser. Elles permettent d’articuler les différentes échelles spatiales et temporelles, en vue de transposer des modèles théoriques construits suivant diverses méthodes. Une grande partie du projet ECOGER s’appuie sur ces débuts de collaboration interdisciplinaires et sur ces connaissances déjà acquises tant sur le milieu aquatique que sur le milieu terrestre.
Le choix de ces sites d’étude que sont les deux sous bassins versants des Violettes et du Moulinet part d’une volonté de pouvoir réunir sur une même zone l’ensemble des travaux de recherche. Etant donné la largeur des cours d’eau, des approches multi-scalaires fines permettent d’évaluer et de discuter des résultats de façon quantifiables et homogène à l’échelle de l’unité hydrographique qu’est le bassin versant.
L’avantage de raisonner à l’échelle de « petits » ruisseau permet ainsi de mettre en œuvre des mesures facilement localisables et cartographiables.
2.2 Particularités des deux bassins versants choisis
D’un point de vue climatique, le secteur est marqué par un climat de type océanique doux et humide, caractérisé par des précipitations relativement importantes et homogènes dans le temps (environ 1028 mm/an), ce qui peut accentuer le phénomène de saturation progressive des sols et donc celui du ruissellement (Macary and Paulais 2003).
Les bassins versants des Violettes et du Moulinet sont implantés sur un substrat de schistes briovériens précambriens, souvent surmontés de placages limoneux. Les cours d’eau dissèquent un plateau aux pentes douces. L’altitude moyenne est de 100 mètres. L’analyse du MNT (Modèle Numérique de Terrain), montre que les pentes peuvent parfois atteindre 30 % à l’approche des talwegs (Berville 2002). Les lits des ruisseaux dépassent rarement 1 mètre de largeur et cette petite taille permet une approche de terrain plus fine. Leur débit moyen mensuel est de 50 l/sec pour le ruisseau du Moulinet et environ 27 l/sec pour celui des Violettes (Paulais 2003). Les sols, constitués majoritairement en surface de roches sédimentaires, sont propices au phénomène d’érosion (Cattaneo 2006). Les sols des deux bassins versants sont donc homogènes, profonds, très battants : le rôle de la couverture végétale, semence ou prairie, est donc primordiale face à l’action de la pluie.
Concernant la topographie, La pente joue un rôle important dans l’identification et l’appréciation de la sensibilité des parcelles aux phénomènes de ruissellement et d’érosion hydrique. Dans le cadre du projet, des cartes de pentes issues d’un MNT interpolé à 10 m ont été réalisées, cf figure
2 et 3 ci-dessous.
Il faut savoir également que les Violettes et le Moulinet font partie des ruisseaux de Basse Normandie classés en ZNIEFF (Zone Naturelle d’Intérêt Ecologique Faunistique et Floristique). La commune d’Isigny-le-Buat appartient à la fois à l’ensemble hydrographique de la « Sélune et ses principaux affluents frayères », ZNIEFF de type I (pour le saumon atlantique, la truite de mer, la lamproie marine et la lamproie de rivière), et à l’ensemble « basse vallée de la Sélune et
ses affluents », ZNIEFF de type II répertoriant 648 espèces remarquables.
CemOA
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ouverte
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Figure 2 : Carte des pentes sur les Violettes en 2008.
Figure 3 : Carte des pentes sur le Moulinet 2008.
Les cultures intermédiaires pratiquées sur le bassin versant du Moulinet en 2008
-0 0,2 0,4 0,8Kilomètre
Réalisation: UR ADBX, AUROUX M., 2008
Sources: IGN, données cadastrales, Cemagref UR ADBX.
1:15 000
Réseau hydrographique Réseau routier et chemin
Classes des pentes
en pourcentage 1 - 5 6 - 9 10 - 13 14 - 17 18 - 30
Les pentes à partir du Modèle Numérique de Terrain sur le bassin versant des Violettes en 2008
/
0 0,1 0,2 0,4Kilomètre
Réalisation: UR ADBX, AUROUX M., 2008
Sources: IGN, données cadastrales, Cemagref UR ADBX.
1:12 000
Réseau hydrographique
en pourcentage Classes de pentes
Réseau routier et chemin
1 - 5 6 - 8 9 - 11 12 - 15 16 - 30 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
2.3 Occupation du sol et identification des éléments paysagers (bocage, talus, haie)
L’occupation du sol renseigne sur les pratiques agricoles et les aménagements à l’échelle du bassin versant qui conditionnent la qualité écologique des cours d’eau. Il a été établi le rôle essentiel des éléments du paysage dans le transfert de ces particules.
Notre terrain d’étude est dans un secteur de paysage bocager (cf photos 2 et 3 ci-dessous). Le bocage se définie par une « structure agraire d’enclos » (Lebeau 1996) et est particulièrement présent en Basse Normandie. L’activité d’élevage engendre une caractéristique du paysage de bocage sur notre terrain d’étude. Pendant longtemps cette activité a permis de maintenir un maillage de haies, assurant une délimitation entre les parcelles et un bon équilibre écologique pour le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, cf figures 4 et 5 ci-dessous.
ADBX-MA-2008
Photo 2 : Paysage Bocager sur le Moulinet. Photo 3 : Structure bocagère des Violettes.
ADBX-MA-2008
Sur la commune-canton d’Isigny Le Buat, le paysage bocager est encore très présent. L’habitat est dispersé en de nombreux hameaux de quelques maisons, interconnectés entre eux par un réseau relativement dense de chemins et de routes, qui contournent les parcelles. Chaque parcelle est délimitée par une séparation, soit par une haie, un talus, ou un fossé, qui sont des barrières naturelles aux transferts particulaires. Partant de l’hypothèse que les pratiques culturales, les aménagements réalisés sur les ruisseaux et les accès d’animaux aux ruisseaux, associés au facteur climatique, provoquent le départ de particules qui ont toutes les chances de rejoindre le talweg des bassins. De plus, l’évolution des pratiques agricoles et de la physionomie du bocage depuis une vingtaine d’années accentuent ces transferts de particules.
Les talus, les haies et les prairies tiennent encore une large place sur les deux bassins versants. L’activité d’élevage est fortement présente sur le territoire. Nous avions remarqué en 2006 que les mutations récentes des pratiques agricoles avaient modifié les paysages et l’organisation spatiale mais la comparaison entre deux périodes dans l’année montre une certaine homogénéité des modes de mise en valeur agricole. La conservation d’un grand nombre de prairies permanentes en bordure de ruisseau témoigne d’une gestion cohérente et raisonnée de l’espace agricole dans une logique de préservation du bocage. Pour notre étude, l’occupation du sol et le rôle des éléments paysagers sont déterminants dans la dynamique spatiale de la sensibilité des sols. Du point de vue de la dynamique temporelle, il apparaît sans nul doute que l’étude des évènements pluvieux est la période la plus adéquate pour évaluer le rôle tampon des
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éléments bocagers. C’est pour cela que je vais travailler sur ces facteurs tout au long de mon stage pour une campagne agricole. Ce que nous allons voir dans la suite de notre rapport est l’état de l’évolution de l’occupation du sol et des éléments paysagers depuis 2006.
Figure 4 : Parcellaire et éléments du paysage sur le Moulinet en 2008
Parcellaire et éléments paysagers sur le bassin versant du Moulinet en 2008
-0 0,25 0,5 1Kilomètres
Réalisation: UR ADBX, AUROUX M., 2008
Sources: IGN, données cadastrales, Cemagref UR ADBX.
entrée de parcelle abreuvoir aménagé réseau hydrographique réseau routier et chemin talus Occupation du sol Culture annuelle Sol et Bâti Bois Limites de parcelles 1:15 000 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Figure 5 : Parcellaire et éléments du paysage sur les Violettes en 2008
Parcellaire et éléments paysagers sur le bassin versant des Violettes en 2008
/
abreuvoir aménagé entree de parcelle réseau hydrographique réseau routier et chemin talus Occupation du sol Culture annuelle Sols Bois Limites de parcelles 0 0,2 0,4 0,8Kilometers
Réalisation: UR ADBX, AUROUX M., 2008
Sources: IGN, données cadastrales, Cemagref UR ADBX. 1:12 000
3. Evaluation des besoins du projet 2008.
L’unité ADBX contribue donc au projet par des approches agro-environnementales et spatiales. Nous partons de l’hypothèse que les pratiques culturales, les aménagements réalisés et les accès d’animaux aux ruisseaux, associés au facteur climatique, présentent un rôle important dans le départ et le transfert des particules qui ont toutes les chances de rejoindre le talweg des bassins, d’autant mieux qu’elles seront en liaison directe avec celui-ci.
3.1. Mise à jour de la connaissance du terrain : pratiques agricoles, occupation du sol et aménagements paysagers
La modification de la gestion de l’espace agricole et l’intensification des pratiques culturales, associées à des conditions climatiques et pédologiques particulières, conduisent à une accentuation des phénomènes d’érosion hydrique, débouchant sur la modification du profil d’un cours d’eau et sur une altération de la qualité des eaux superficielles (Macary and Paulais 2003).
Du point de vue agronomique, l’unité a réalisé, en 2002, une campagne d’enquêtes exhaustives auprès des soixante agriculteurs qui exploitent notre zone d’étude, avec une mise à jour des informations à peu près tous les 2 ans. Ces enquêtes permettent de mieux connaître les pratiques agricoles sur les deux bassins versants, de définir les parcelles culturales, de recenser l’occupation du sol, les types de rotation culturale, mais avant tout de mesurer les évolutions sur le territoire. Le développement des pratiques agricoles depuis une vingtaine d’années (diminution de la part des prairies au bénéficie du maïs pour ensilage, la déstructuration de la trame bocagère : d’abord le remembrement sur un bassin versant étudié et la destruction des talus dans le cas d’agrandissement des parcelles arables) accentuent les transferts de particules.
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La notion d’isolement hydraulique des parcelles est une clé d’entrée de ce travail. Les talus, qui sont des éléments de base de la trilogie haie/talus/fossé du bocage, constituent une barrière efficace au ruissellement. L’intérêt est également de connaître les itinéraires culturaux des exploitants et de savoir s’ils pratiquent notamment des cultures dérobées. Ces dernières se définissent comme des « cultures végétales, pratiquées entre deux cultures principales effectuées au cours d’une même année, soit en vue d’effectuer une récolte supplémentaire ou dans le cas de technique anti érosive pour occuper le sol en phase hivernale quand les risques d’entrainement des particules non retenues par le complexe argilo-humique pour une bonne implantation racinaire sont élevés. Elles jouent donc un rôle très important dans la protection de la surface du sol, mais peuvent aussi éviter l’érosion hydrique et éolienne. Durant la période de préparation du sol, le sens du travail du sol joue un rôle majeur dans l’aggravation de la sensibilité aux phénomènes de ruissellement et d’érosion. Les mises à jour sur la connaissance du terrain présentent l’avantage qui est de raisonner à l’échelle de la parcelle, ce qui permet de mettre en œuvre des mesures facilement localisables et cartographiables.
Ces besoins de mises à jour vont permettre de définir grâce à une méthode d’étude exposée en détail dans la deuxième partie, la part des différents facteurs facilitant le départ des particules à l’échelle de la parcelle. Dans ce système complexe où s’entremêlent les facteurs physiques et anthropiques, il convient donc de cartographier la sensibilité théorique des parcelles au sein d’un bassin versant et ainsi d’évaluer le risque de transfert des particules vers le cours d’eau.
3.2. Intégration des données dans le Système d’Information Géographique
Au cours de la dernière décennie, l’usage des Systèmes d’Information Géographique s’est nettement amplifié, et notamment lors de projets mettant au premier plan des préoccupations relatives aux questions environnementales. Compte tenu de la complexité de l’analyse de tous les éléments, d’échelles et de sources différentes, nous avons envisagé la mise en œuvre d’un SIG dès l’appel à contribution, afin de faciliter l’approche spatiale et la construction des différents critères nécessaires à l’analyse (Macary 2003).
Dans les SIG, l’information est constituée de couches d’information représentant les multiples faces (physiques et humaines) de l’espace étudié. Au-delà d’un outil technique performant de traitement de données géographiques provenant de différentes sources, les SIG apportent une aide à la gestion des données à référence spatiale pour différents opérateurs sur un territoire. Les possibilités d’utilisation des SIG sont grandes et varient selon les méthodes développées pour acquérir l’information. Le choix d’un SIG pour notre étude s’est porté sur :
- l’intégration de différentes couches d’information comme résultat de mesures établies par d’autres équipes, comme l’acquisition de données GPS ;
- la possibilité de faire évoluer les informations dans le temps ; - la possibilité d’une visualisation cartographique de nos analyses ;
- la possibilité d’un certain nombre de requêtes indispensables pour notre étude ;
- la validité des SIG acquises sur l’ancien projet montre son intérêt pour l’étude du fonctionnement des hydrosystèmes à l’échelle des bassins versants.
Pour l’unité ADBX, chargée de mettre en œuvre la restitution spatialisée de l’information géographique sur les deux bassins versants, la mise en œuvre d’un SIG, sous Arcgis, a donc été à la base de l’étude. Mais les possibilités d’analyse spatiale que procure le SIG demeure limitée et ne permet pas de fournir tous les renseignements d’analyse d’aide à la décision, d’autant que les problèmes à référence spatiale sont considérés par plusieurs auteurs comme étant de nature multicritère (Laaribi 2000). C’est pourquoi le projet ECOGER-OIR intègre le SIG couplé à une AMC. L’aide multicritère à la décision, par la méthode Electre, a pour but de hiérarchiser les
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parcelles à risque de transfert des particules. La comparaison des résultats des travaux menés depuis 2003 permet de mettre en évidence les zones sur lesquelles des actions ont pu être entreprises pour limiter ces transferts de particules. C’est ce que nous allons étudier en suivant.
3.3. Réalisation d’une analyse multi-critère par la méthode ELECTRE : construction d’un indicateur agro-environnemental spatialisé
L’analyse multicritère est conçue, d’après A. LAARIBI (2000), pour répondre à des problèmes décisionnels collectifs où des points de vue contradictoires s’affrontent, ou quand de nombreux facteurs interagissent sur un processus décisionnel. Dans un système d’information à références spatiales, l’analyse multicritère comble les fonctions d’analyse spatiale limitées du SIG, en lui associant l’aide multicritère à la décision. La fonction d’aide à la décision est applicable à de multiples domaines, comme la planification urbaine et régionale, les transports, la gestion des ressources en eau, le diagnostic environnemental, etc., tant qu’une valeur qualitative ou quantitative peut être attribuée aux critères rentrant en jeu dans le processus décisionnel.
L’aide multicritère à la décision s’est imposée pour des problèmes complexes et peu
structurés. Elle convient pour des catégories de problèmes où :
- plusieurs critères quantitatifs et qualitatifs sont pris en considération ; - ces critères sont souvent hétérogènes ;
- ces critères sont généralement conflictuels ;
- ces critères sont généralement considérés d’inégale importance.
Selon, VINCKE, cité par LAARIBI, « l’aide multicritère à la décision vise à fournir à un
décideur des outils lui permettant de progresser dans la résolution d’un problème de décision où plusieurs points de vue, souvent contradictoires, doivent être pris en compte ».
L’analyse multicritère (AMC) se base sur un objectif à atteindre : obtenir le système souhaité par le décideur, aboutir à une décision raisonnée et argumentée.
Dans notre projet, l’AMC est donc associée avec le SIG dans une matrice spatialisée d’évaluation de la sensibilité aux transferts particulaires. Dans ce cadre, les logiciels de la famille Electre, et en particulier Electre III et IV, présentent un outil adapté, déjà utilisé au sein de l’unité ADBX pour des problématiques agro-environnementales. Combinée avec un SIG, elle permet de modéliser les préférences du décideur, afin de l’impliquer dans le processus décisionnel et d’effectuer des choix entre différentes variantes de solution d’un problème décisionnel donné. Nous utilisons ainsi les parcelles agricoles qui sont une représentation de l’élément de solution qui contribue à la décision. L’unité ADBX a pour rôle de définir un protocole d’étude scientifique, transposable à d’autres bassins versants de petite taille, où l’approche au maillage parcellaire est possible. D’ailleurs les traitements de l’analyse multicritère limitent le nombre de parcelles à étudier. C’est pour cela que l’échelle de nos bassins versants est très bien adaptée à l’Analyse sous Electre. Tout l’objet de la deuxième partie du rapport est de montrer comment je suis arrivée à mettre en place l’AMC par les différents outils que j’ai eu à disposition.
Mon objectif dans le projet est de fournir une base cartographiée d’aide à la décision. L’outil cartographique sera donc utilisé comme support de l’information finale, permettant de faire appliquer les mesures préconisées (ou de s’en inspirer). La cartographie des zones potentiellement sensibles aux transferts particulaires a un double objectif : curatif et préventif. D’un côté, les cartes seront utilisées pour imaginer des mesures sur les points sensibles (préservation ou restauration des talus, par exemple); d’un autre côté le système SIG et l’analyse multicritère est conçu comme une matrice permettant d’envisager les effets des modifications d’aménagements ou d’occupation du sol sur les parcelles.
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Deuxième Partie : Outils et méthodologie pour la classification des
parcelles à risque d’émission et du transfert de particules.
La compréhension des phénomènes de nature environnementale liée à l’organisation et à la gestion des territoires s’intègre dans une approche systémique. Les problèmes à référence spatiale sont considérés par plusieurs auteurs comme étant de nature multicritères. Pour répondre à cette problématique, nous intégrons l’Analyse Multicritères et les SIG dans l’étude des problèmes décisionnels à référence spatiale. Cette démarche vise à développer une méthode de réflexion qui s’étend de la collecte des données jusqu’au diagnostic environnemental par l’appui d’un outil d’aide à la décision, cf figure 6 ci-dessous. Elle concerne le domaine de la géomatique, qui est un champs d’activité scientifique et technique qui regroupe l’ensemble des moyens d’acquisition et de gestion des données à référence spatiale utilisé dans le processus de production et de gestion du territoire.
Données brutes Données traitées Analyse multicritère Electre III SIG ArcGis Base de Données
AIDE AU DIAGNOSTIC ENVIRONNEMENTAL AIDE A LA DECISION
Figure 6 : Les outils de gestion des données (Paulais J., 2003)
1. Acquisition et gestion des données
Au sein de l’UR ADBX, j’ai travaillé sur le logiciel d’ESRI qu’est ArcGis version 9.2. C’est un ensemble de progiciels permettant de mettre en place un SIG performant, intégré et modulable pour une large communauté d’utilisateurs. Le logiciel Arcview m’a également servi à constituer des plans comme nous allons le voir en suivant.
1.1. L’obtention des données : enquête téléphonique
En dehors des données existantes et pour les besoins du projet en 2008, nous avions besoin d’actualiser nos renseignements sur l’occupation du sol de chaque parcelle des bassins
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versants. La connaissance des types de cultures et d’implants ou non de cultures dérobées était très importante pour tenir nos objectifs. Nous avons donc mis en place une campagne téléphonique au mois de Mai pour récupérer les informations à la source, c’est à dire en appelant tous les agriculteurs des deux bassins versants qui nous ont renseigné eux mêmes sur leurs pratiques agricoles.
Avant de lancer la campagne téléphonique, j’ai envoyé un courrier à chaque agriculteur propriétaire d’au moins une parcelle sur nos bassins versants. Je leur ai fait parvenir en pièce jointe un plan de leur exploitation où j’ai indiqué l’occupation du sol de leurs parcelles en 2006. J’ai effectué ce travail sous Arcview en me servant de la couche d’occupation du sol de 2006, des Numéros d’exploitants (champs=NEXPL01) et des Numéros de parcelles (champs=NPAR01), cf annexe 4 : plan d’exploitant. Ces plans, résultant des travaux précédents, sont constitués de deux cartes à deux échelles différentes : la première représentant l’exploitation au niveau du bassin versant et la seconde représentant les parcelles culturales à l’échelle de l’exploitation. Une semaine environ après l’envoi de ces courriers, je les ai contactées pour mettre à jour les occupations du sol 2007 et 2008 sur les parcelles référencées par des numéros d’ordre que nous avions attribués, avec le cas échéant des modifications dans l’exploitation des parcelles. Ceci a environ pris 15 jours, étant donné le peu de disponibilité des acteurs locaux à cette période de l’année. J’ai pu également inventorier les types de pratiques de cultures dérobées, quand il y en avait, ainsi que les points d’érosion dus aux pluies de ce printemps 2008. J’ai contacté les 30 agriculteurs du Moulinet et les 23 agriculteurs des Violettes. 1 seulement n’a pas voulu me renseigner.
L’ensemble des données recueillies ont été retranscrites sous Excel, puis converties et importées sous SIG. Une codification des cultures a été mise en place, de manière à pouvoir intégrer les nouvelles valeurs sur la base de données existante.
1.2. Enquêtes de terrain.
Une sortie terrain d’une semaine, en Juin, a servi à compléter nos enquêtes. Nous avons procédé à un descriptif de terrain sur nos deux bassins versants. Ce travail de recensement a nécessité une approche de terrain rigoureuse, de manière à développer les connaissances et une localisation exhaustive des éléments de dégradation aux abords du ruisseau. Nous avons parcouru toutes les parcelles, pour vérifier l’occupation du sol. Nous avons répertorié également toutes les haies qui ont été créées ou détruites entre les parcelles. Nous avons eu des entretiens avec 2 exploitants de chaque bassin versant qui nous ont renseignés sur leurs itinéraires culturaux et les points d’érosion notables. (Cf annexe 5 : Entretiens réalisés)
Ces entretiens nous permettent de mieux comprendre l’évolution de la sensibilité du sol au cours d’une année. Il y a lieu d’analyser les itinéraires culturaux principaux dans les deux bassins étudiés. Nous comprendrons ainsi mieux le rôle de la période interculture. Nous retiendrons de ces entretiens que les rotations culturales les plus courantes sont Maïs/Maïs et Maïs/ Blé Tendre. Pour la rotation maïs/maïs, ils effectuent un travail du sol en Avril/Mai précédant les semis et pour le plus souvent à la charrue ce qui accentue la sensibilité du sol à l’érosion. Ils adaptent cependant l’affinage du sol à son état et son histoire hydrique : affinage sommaire par temps pluvieux, plus poussé par temps sec. Ceci dit, le sol reste peu de temps à nu. En effet, les semis se font au début du mois de Mai et les récoltes entre le 20 Septembre et le 15 Octobre pour le maïs en ensilage, puis entre le 1er Novembre et le 15 Novembre pour la récolte du maïs en grain. Après la récolte, il reste peu de résidus végétaux dans le sol pour freiner le ruissellement. Cette période d’interculture dure 6 Mois. Depuis environ 2 ans, ils ensemencent pour la plupart des cultures dérobées de type ray grass, phacélie…, ce qui protège la terre de l’érosion comme on nous l’a confirmé durant les entretiens.
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Pour la rotation Maïs/Blé, le semis du maïs se fait du 15 Avril au 8 Mai environ et la récolte s’effectue fin Octobre. Le semis du blé s’effectue du 1er au 15 Novembre. Le semis s’effectue à la herse après un labour à la charrue. La récolte du blé s’effectue ensuite du 25 Juillet au 10 Août. Pendant la période d’interculture et avant de ressemer du maïs, ils plantent pour la plupart de la moutarde en tant que cultures dérobées. Ceci permet de protéger la terre et de la fertiliser pour la semence qui suivra.
Les entretiens nous ont montré une homogénéité des pratiques agricoles et des itinéraires techniques et culturaux. Les exploitations des bassins du Moulinet et des Violettes sont également tournées vers l’élevage bovin laitier (avec quelques vaches à viande) et une grande partie de l’exploitation est consacrée à cette pratique: près de la moitié de la SAU des exploitations est vouée à la prairie permanente ou temporaire. L’élevage tient une large part, bien que notre zone d’étude soit placée en ZES (Zone d’Excédent Structurel), soit un décret de 2002 qui fixe « la surface maximale d'épandage d’effluents d’élevage ou l'obligation de traiter ou de transférer les effluents ne pouvant être épandus dans la limite de ces maxima » (Site du Sénat). Nous retiendrons de ces entretiens qu’il y a une prise de conscience des agriculteurs face aux problèmes d’érosion durant la période interculture, qui se manifeste par le développement des dérobées. Nous allons maintenant voir comment nous avons mis en place nos données récoltées.
1.3. Validation des résultats
A notre retour de terrain, nous avons eu tous les éléments pour représenter l’occupation du sol de 2008. Nous avons pu créer des cartes représentant l’occupation sur les deux bassins versants sous le logiciel Arcgis 9.2. Nous avons mis à jour la codification qui existait en 2006 pour renseigner la table attributaire. Pour les Violettes, nous avons renseigné de cette manière notre champ CULT_08 :
codification cultures 2001 2005 2006 2008 prairie permanente 1 1 1 1 prairie temporaire 2 2 2 2 mais grain 3 3 mais fourrage/ensilage 4 3 4 3 blé tendre 5 5 5 5 gel industriel 6 jachère - gel 7 7 7 7 avoine 8 8 8 8 sols 9 9 9 9 bois 10 10 10 10 vergers 11 11 11 11 orge de printemps 12 12 12 orge d'hiver 13 colza 14 14 avoine-orge 15
Nous avons établi notre codification de la même manière pour le Moulinet.
Nous avons rentré ces codes en fonction des numéros de parcelles qui étaient dans notre table attributaire. Nous en avons fait une table en .dbf que nous avons joint à notre couche shape. De la même manière, nous avons codifié les types de cultures intermédiaires que nous avions récupérés de nos entretiens téléphoniques. Pour les Violettes, nous avons codifié de la manière suivante pour renseigner notre champs CULT_INTER :
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Codification_culture_intermédiaire 2008 pas de culture intermediaire 0
culture dérobée non définie 1
moutarde 2 blé 3 avoine 4
choux fourragers 5
colza industriel 6 Pour le Moulinet, nous avons codifié de cette manière.
Nous avons pu également mettre à jour les numéros définitifs attribués à chaque propriétaire en mettant à jour le champ NEXPL08
Ceci nous a permis de constituer des cartes sous ArcGis en faisant une discrétisation adaptée à chaque bassin versant (cf figures 14, 18, 19 et 20 dans la 3ème partie). Nous analyserons ces
cartes dans la 3ème partie.
2. Utilisation et mise à jour du SGBD existant
Les applications ArcMap, ArcCatalog, ArcInfo workstation et ArcToolbox m’ont permis de réaliser l’ensemble des tâches de visualisation, de saisie et d’analyse des données géographiques.
2.1. Organisation des données initiales
Mon travail a commencé par l’extraction de l’ensemble des données et des couches de traitement validées en 2006. Ainsi il n’a pas été nécessaire de reproduire une carte des pentes à partir du MNT (Modèle Numérique de Terrain), car celle-ci reste applicable sur le long terme et inchangée.
L’ensemble des données traitées par l’U.R ADBX depuis le début du projet ont été stocké dans un SGBD (Système de Gestion de Base de Données) interne à l’unité. Ce dernier est placé sur un serveur nommé « Hephaïstos »consultable et utilisable par chacun des agents impliqués dans le projet. L’ensemble des données brutes retranscrites (fichiers excel, word, access,...) a été classé dans des dossiers selon une arborescence bien définie et les données traitées par SIG ont été regroupées dans une Géodatabase (base de données géographique), elle même inclut dans cette arborescence (cf. annexe 6 : arborescence du projet SIG). Ainsi nous avons sur un même serveur l’ensemble des travaux réalisés. Ce mode de gestion des données permet une facilité pour accéder aux données. La visualisation des données est possible sous tous les postes de travail. C’est également un gain de temps, car tout est localisé au même endroit. Ce système est indispensable en ce qui concerne les sauvegardes. L’expérience montre que les serveurs garantissent l’intégrité des projets qui peuvent faire l’objet d’une interruption d’activité pendant plusieurs mois. En effet, le non verrouillage des bases de données et l’accès aux différents serveurs peuvent erronés certains liens, voire effacer certaines données.
Beaucoup de couches de traitement SIG nommées « couches sources » ont été utilisées sous ArcInfo, ArcView et ArcGis. Il a donc fallu convertir certains formats de couches pour passer d’une interface à une autre, pour pouvoir y travailler dessus. ArcCatalog, qui est un catalogue de données présentant un ensemble de connexions vers les espaces de travail (locaux ou réseaux), m’a notamment servi dans l’organisation des données et dans la conversion de certaines couches. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
2.2. Un travail sous Arcinfo workstation de restructuration topologique des couches de données et de mise à jour de couches
Nous avons remarqué que de nombreuses parcelles culturales avaient été redécoupées par les agriculteurs lors de leur exploitation depuis 2006. De nombreuses rectifications topologiques devaient être donc faites. La topologie désigne l’expression des relations entre les objets. Tous SIG ne gèrent pas la topologie, dans ce cas nous parlons de SIG « en mode objet ». Ceux qui gèrent la topologie, comme Arcgis dont nous nous sommes servis identifient donc les objets les uns par rapport aux autres. Les règles topologiques lient les éléments les uns aux autres et ce n’était pas le cas pour certaines couches de données. Nous avons donc travaillé durant près d’un mois sous ArcInfo workstation en modifiant les arcs, les sommets, les noeuds et les polygones ou les lignes de plusieurs couches.
Sources : http://www.notre-planete.info/geographie/outils/sig_2.php
Cette application fonctionne dans un langage dédié à arcinfo. Nous avons dû convertir les couches shape en cover (format ai) depuis ArcCatlaog. Les couches en cover sont composées de 4 éléments :
- arc - label
- polygon (ou) line - tic.
L’application Arcinfo workstation se présente de la manière suivante : une interface de visualisation de nos couches et une interface où nous écrivons nos lignes de commandes.
Figure 7 : Environnement de travail sous ArcInfo (capture d’écran, Avril 2008)
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Pour chaque bassin versant, nous avons travaillé les couches suivantes :
• Occupation du sol (c_occsol_v et c_occsol_m) : rectification des limites de parcelles par rapport aux plans cadastraux, suppression des arcs qui se superposent, redécoupage des parcelles avec labellisation des nouvelles parcelles créées, raccordement des bords de parcelles avec les couches routes et les contours des bassins versants.
• Réseau hydrographique (res_hyd_m_mod et res_hyd_v_mo) : suppression des arcs qui se superposent.
• Réseau routier : correction du réseau routier avec recentrage des routes par rapport au cadastre. Découpage du réseau routier par rapport au contour des Bassins versants. Identification et suppression des nœuds, plus précisément des pseudos nœuds et des nœuds pendants.
• Contour des bassins versants (contour_bv_v et contour_bv_m) : découpage en fonction des modifications faites sur l’occupation du sol.
• Talus (talus_viol08) : mise à jour de la couche sous ArcInfo, rajout et suppression des talus relevés sur le terrain. Labellisation des nouveaux talus.
Nous avons résumé toutes nos manipulations dans un programme avec les lignes de commandes utilisées (cf Annexe 7 : Lignes de commande sous Arcinfo).
Toutes les couches que nous avons travaillées en .ai ont été converties en .shp. Nous avons récapitulé la manipulation de conversion faite sous Arcview en Annexe 8. Il est à noter également que nos couches sont dans le système de projection Lambert II étendu depuis le début du projet et que nous avons projeté toutes nos couches rectifiées dans ce même système.
2.3. Mise à jour des tables de données
Toutes les données d’enquêtes de terrain ont été retranscrites sous forme de tableaux sous excel. Ces tableaux m’ont permis, comme nous l’avons dit dans le 1.3 de cette partie de créer la couche d’occupation du sol. J’ai pu transformer ainsi les .xls en table en .dbf et en faisant des jointures avec les couches en shape qui existait sur le projet.
Par exemple, comme nous l’avons vu précédemment pour la couche occupation du sol. En établissant des codifications, comme pour les cultures en 2008, nous avons ajouté 3 champs :
- CULTNUM_07 pour la culture en 2007. - CULT_08FIN pour la culture en 2008. - CULT_INTER pour les cultures dérobées.
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Figure 8 : Table attributaire de notre couche d’Occupation du sol pour le Moulinet (capture d’écran, Août 2008)
Nous avons utilisé également Arcinfo workstation pour mettre à jour cette table d’occupation du sol. Quand nous avons redécoupé des parcelles, les labellisations et la mise à jour des champs de ces dernières se sont faites sous cette application.
ArcMap qui est l’application centrale d’Arcgis, nous a également beaucoup servi. Nous avons pu visualiser les données spatiales et attributaires en faisant des symbologies diverses, des étiquetages). Les analyses et le croisement de différentes couches par des sélections, des découpages, des fusions ou des zones tampons m’ont été utiles pour visualiser les parts de telle ou telle occupation du sol. La création des mises en page cartographiques afin de présenter les résultats étaient le but d’utilisation de cet outil. Ceci est un appui pour les analyses que nous allons établir dans la 3ème partie.
Le SIG intervient en amont de l’analyse multicritère dans la gestion des données puisque les données terrains alimentent les couches maîtresses qui sont utilisées pour effectuer la notation des critères de l’analyse. Et il permet une restitution cartographique des résultats de l’AMC.
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3. Traitements des données : Analyse Multi-Critère sous le logiciel Electre
Pentes ( MNT )
Contour du BV
Réseau routier Connexions
Données cartographiques ( Arc/Info – Arc Gis )
Structuregénérale du SIG Critères Pentes Cultures Talus Berges Analyse multicritère ( Electre III ) Données enquêtes terrain Occupation du sol Exploitants Entrées de parcelles
Altération des berges Talus arborés
Parcelles culturales MNT 50m ⇒ Pentes Réseau hydrologique
Figure 9: Structure générale du SIG. Extraction des critères utilisés dans l’analyse multicritère (F. MACARY, 2003).
Le schéma suivant récapitule toutes les couches de données disponibles sous SIG. Il montre également à quoi correspondent les critères qui vont nous servir à établir notre analyse.
3.1. Les méthodes Electre vers une aide à la décision
Les méthodes ELECTRE (Elimination et choix traduisant la réalité) ont été développées par le professeur Roy et son équipe du Laboratoire d’Analyses et Modélisation de Systèmes pour l’Aide à la Décision (LAMSADE) de l’Université Paris Dauphine.
L’AMC est une méthode d’analyse de différents critères donnés face à une problématique de manière à fournir une aide à la décision (Joerin 1995). Au sein d’Electre, des actions à analyser représentent les éléments de solution qui contribuent à la décision. Dans le cadre de notre étude, les actions sont représentées par les parcelles agricoles. Les éléments permettant de juger ces actions sont les critères : facteur de jugement. Le critère est relié aux préférences du décideur, contrairement à une variable qui ne l’est pas forcément. La contrainte ou « critère d’admissibilité » est un facteur qui « permet de circonscrire et de limiter les actions prises en considération ». L’attribut caractérise l’action (par exemple : le prix, la qualité,…). Si on ajoute à ces attributs de l’information concernant les préférences du décideur, ils deviennent alors des critères. La comparaison d’un ensemble d’actions implique tout d’abord de mesurer leurs
performances par rapport aux critères considérés : il s’agit de l’étape d’évaluation (cf Figure 10 ci -dessous). CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Problème décisionnel à référence spatiale
Actions potentielles Critères
Evaluation
Agrégation multicritère
Figure 10 : Schéma de l’AMC (F. MACARY, 2003)
Un problème de décision multicritère peut s’intégrer à différentes problématiques. Nous les avons exposées dans l’Annexe 9, qui présente une synthèse des différentes problématiques abordées par l’AMC. La problématique que nous avons utilisée est celle du rangement. Elle consiste à discriminer les actions en vue de les ordonner de la meilleure à la moins bonne avec éventuellement des ex aequo. La procédure d’investigation est une procédure de classement. (Macary F., 2003).
3.2. L’Analyse sous Electre III et IV
Dans le cadre du projet, les méthodes retenues sont Electre III et IV. Elles consistent à apprécier, parcelles par parcelles, la sensibilité potentielle au départ de particules dissoutes, par rapport au maximum de facteurs disponibles et évaluables. Electre III (cf Annexe 10) introduit une pondération des critères, alors qu’Electre IV est utilisée lorsque nous pouvons évaluer le relatif des critères. Nous avons choisi d’utiliser Electre III déjà testée au sein de l’UR ADBX pour d’autres types de problématiques agro-environnementales. Dans les grandes lignes, cette méthode fonctionne en trois phases :
- Construction de la relation de surclassement. - Elaboration de deux classements antagonistes. - Synthèse d’un classement final.
Avec la méthode de surclassement, cela permet d’identifier les parcelles soumises aux transferts de MES du risque le plus fort (sensibilité maximale) au risque le plus faible. Le choix des critères reste inchangé par rapport au projet de 2006, car ces derniers sont les plus pertinents (en fonction des possibilités de renseignement) et surtout sont indépendants entre eux. De plus, le choix de conserver les mêmes méthodes d’analyse permet une étude comparative plus simple entre les deux projets. Les critères ont été choisis par rapport à ce que nous voulions montrer sur la zone étudiée, c'est-à-dire le « risque ». Le croisement entre la vulnérabilité, les pressions anthropiques et les aléas du milieu étudié entrainent un risque. En effet, le risque est amené par plusieurs facteurs :
- Les facteurs de sensibilité du milieu : l’érodibilité du sol et la topographie.
- Les facteurs de pression anthropique : les aménagements et les pratiques agricoles. - Les aléas naturels : le climat avec les pluies qui entraînent une érosion significative.
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