cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l...

Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion sur la Cordillère de la Côte

(Région du Bio-Bio - Chili)

Evaluation du potentiel des données ERS Intégration de nouveaux paramètres

morphologiques

Novembre 1999 R40812

BRGM .*-...-

Cartographie de &dB ~e~s ib i l i t k potentielle des sols à 19krosion sur la Cordillére de la C6te

(Rkgion da Bi@-Bio - Chil9

Evaluwtion da po$en$aeI des donyek&~ ERS Intkgrntio~ de aoe&ve~<$m paramétres

morphologiques

DESPRATS J.F., DELPONT G., LAGOS M., RAUCOULES D., BAGHDAD1 N., KING C.

Novembre 1999 R40812

Chili - Cordill&re de la Cdte - Cartographie de fa sensibilité potentielle des sols à i'érosion

Mots Clés : Erosion, Télédétection, Modèle, Chili, Analyses multicritères

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante

J.F. Desprats, Delpont G., Lagos M. Raucoules D., Baghdadi N., King C. (1999) - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion sur la Cordillère de la Côte (Région du Bio-Bio - Chili) - Evaluation du potentiel des données ERS, Intégration de nouveaux paramètres morphologiques.Rap. BRGM R40812,48 p., 15 fig., 12 tabl., 1 ann.

OBRGM. 1999. cedocument ne pouf 6trc rcproduil en toWlitC ou en pnnic Enno 1'auio"saiion eqxcs>resse du BRGM.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibiiifé potentielle des sols à I'émsion

Avant - Propos

Cette étude méthodologique a été f iancée par le programne de Recherche BRGM PRD3 16, avec le soutien de l'E.S.A. fournisseur à titre gracieux des images radar ERS (Projet ERS-A03 numberl22 - OD19817664).

Proposé dans l'approche générale du projet de développement PRODECOP-SECANO', il vise à évaluer les potentialités de l'utilisation des images ERS pour la cartographie de la sensibilité des sols à l'érosion coinme complément aux images optiques mais, surtout, comme données de substitution en région à forte nébulosité.

' Le projet PRODECOP-SECANO, cofinancé par la Banque Mondiale, a pour but de définir et de tester les mesures de conservation et de gestion durable des terres a mettre en place dans la Cordillère de la Côte chilienne pour arrèter les effets dévastateurs de l'érosion hydrique et améliorer la qualité de vie des populations nirales. Rapport BRGM R40812 3

Chili - Conlllére de la Côte - Cartographie de la sensibilifé potentielle des sols à /'érosion

Résumé

La pérennisation de I'agriculture dépend dans de nomnbreux pays de la protection des sols contre I'érosion, qui diminue de façon importante le potentiel de production et la productivité jusqu'à provoquer l'abandon de terres devenues incultes.

L'objectif du projet de développement Prodecop-Secano (Banque Mondiale), dans la Cordillère de la Côte au Chili vise à définir de nouvelles pratiques culturales pennettant de limiter drastiquement I'érosion et à les proposer aux agriculteurs pour leur permettre de poursuivre durablement leur activité.

L'extension du projet, initialement développé sur 8 microrégions prioritaires, à l'ensemble de la Cordillère rendra nécessaire de cartographier sur de vastes zones les surfaces potentiellement sensibles à l'érosion, afm de planifier les actions de préventions, de contrôle et de récupération des terres. Les études conduites depuis 1994 par le BRGM et le Ministère de l'Agriculture cliilien ont démontré l'intérêt de l'utilisation des images optiques SPOT qui recèlent directement, ou à partir de données dérivées (modèle numérique de terrain - MNT), plusieurs critères susceptibles de rendre compte de la sensibilité des sols à l'érosion, après qu'ils aient été classés et combinés.

L'acquisition de données SPOT étant dépendante des conditions atmosphériques, en particulier de la présence de nuages, il a été décidé de tester, avec l'appui de 1'Agence Spatiale Européenne, la potentialité des données radar ERS, pour une utilisation dans les régions les plus australes de la Cordillère de la Côte. La morphologie assez contrastée de la région (paysages de collines) n'a pennis qu'une cartographie très incomplète de I'occupation du sol, en particulier de la végétation, principal rempart contre les pliénomènes érosifs : la cartograplue de I'occupaiion du sol n'est acceptable que dans les seules zones de plaine car dès lors que les pentes excédent 5 %, l'effet de la morphologie sur la rétrodiffusion prime sur celui de l'occupation du sol.

Les études réalisées entre 1994 et 1998 faisaient appel aux trois critères extrait d'une image et de ses dérivés que constituent la protection des sols par la végétation, les pentes, et la densité du réseau hydrographique. Des développements réalisés par le BRGM et des discussions avec les agronomes chiliens ont conduit à l'intégration de deux paramètres morpho-climatiques complémentaires : la courbure des pentes et l'orientation des versants.

La cartographie fmale de la sensibilité potentielle des sols à I'érosion intégrant ces derniers critères permet d'affiner la classification des surfaces, en particulier en caractérisant de manière plus stricte les zones de plus forte sensibilité et en facilitant de ce fait les décisions d'intervention.

Rapport BRGM R40812

Chili - CordiIfère de la C6te - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B l'érosion

La permanencia de una agriculhira hadicional en numerosos palses depende de las acciones que se apliquen para proteger los suelos contra la erosion. La ocurrencia de dicho fenomeno afecta de manera importante el potencial de produccion de las tierras y origina pérdida significativas de la productividad de los suelos, llegando incluso al abandono de aquellas mas degradadas, cuando ya no pueden ser utilizndas con fuies productivos.

El objetivo del proyecto de Desarrollo de Comunas Pobres en el secano rnediterrineo en la Cordiliera de la Costa de Clule PRODECOP - SECANO, que lleva a cabo el Ministerio de Agricultura por medio de instituciones dependientes especializadas y con asistencia financiera del Banco blundial, esta dùigido a mejorar las condiciones y calidad de vida de la poblacion rural y contribuir al desarrollo agricola Con tales fines desarrolia una serie de acciones, entre las que se encuentra el definir la aplicacion de practicas de cultivo y de manejo y conservacion de suelos, capaces de disminuir dkticrunente la erosion y promover entre los pequeaos y medianos productores el uso sostenible de sus recursos productivos.

Los estudios realizados a psrtlr de 1994 por el BRGM y el ivtinisterio de Agricultura de Chile, en el marco de un convenio de cooperacion y asistencia intemacional otorgado por el Ministerio de la Industria - Gobiemo de Francia - han demostrado la factibilidad e importancia de utilizar imageries opticns de SPOT para evidenciar diiectamente, O a partir de datos derivados ( inodelo numérico de elevacion de terreno - MNT), previa clasificaci6n y combinacion de los mismos, varios criterios susceptibles de cuantificar apropiadamente la sensibilidad de los suelos a la erosion.

Una eventual extension del proyecto seiialado, inicialmente desarrollado sobre ocho microregiones ( comunas) prioritarias, al conjunto del ecosistema de la Cordillera de la Costa en la zona centro - sur del pais, haria necesario el desmollo de una cartografia sobre vastas zonas con superficies susceptibles a la erosion, con objeto de plmificar y promover la aplicacion de medidas de prevencion, control y recuperacion de suelos degradados.

En atencion a que la adquisiciiin y empleo de dntos SPOT es altamente dependiente de las condiciones ahnosféricas imperantes, en particularide la presencia de nubes, se decidio probar con el apoyo de la Agencia Espacial Europea, la potencialidnd de los datos radar ERS para ser utilizados en zonas mas australes del sefialado ecosistema. La morfologia demasiado contratada de la region ( paisaje de cerros y lomajes ) solo pemiitio una cartografia de ocupacion de los suelos muy limitada e incomplets, en particular aquella de la vegetacion, principal proteccion contra los fenomenos erosivos: la cartografia de ocupacion del sue10 solo es aceptable en zonas planas, ya que a partir de pendientes que superan el 5% , el efecto de la inorfologia sobre la retrodihion ( seiial retomada al satélite ) prevalece sobre aquella indicativa de la ocnpacion del suelo.

Los estudios realizados entre 1994 y 1998 hicieron uso de tres criterios extraidos de una imagen SPOT y sus anêlisis interpretativos, a saher: la proteccion de los suelos por la vegetacion, las pendientes y la densidad de la red de drenaje. Los desarrollos morfotematicos realizados por el BRGM y las discusiones con los agronomes chilenos condujeron a la integracion en el mode10 de sensibilidad utilizado, de dos nuevos parknetros rnorfo-climaticos cornplementarios: la curvatura de las pendientes y la onentacion O exposicion de las mismas.

La cartografia final de sensibilidad potencial de los suelos a la erosion con la integracion de estos filthnos criterios, lia permitido afinar la clasificaci0n en determinadas superficies, en particular caracterizando de manera m k estricta las zonas de m k alta sensibilidad, facilitando la generacion de cartografia a escala semi-detalladade y las decisiones de intervention que corresponds adoptar, como asi también, la estimacion de las inversiones que es necesario implementar para asegurar el uso sostenible de las tierras.

Rapport BRGM R40812 5

Chili - Cordillére de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols C1 l'érosion

Summary

In most of the countries, a sustainable agriculture depends on soi1 protection against erosion. The erosion decreases production potential and tlius crop yields. The last step is the desertification with the loss of arable lands.

The objectives of the Prodecop-Secano development projects in the Coast Cordillera in Chile aim at defming new crop teclmiques in order to minimise erosion processes and to propose them to fanners, and allowing them to maintain their agriculhiral activity.

Project extension from the 8 already realised microregions to the whole Coastal Cordillera will necessitate to map Iugh erosion risk soils over large areas. Studies carried out since 1994 by die BRGM and Chilean Agriculture h4inishy have shown the interest of using optic satellite data (imagery and derived prodticts suc11 as Digital Elevation Model). Tltese data allowed the extraction of several criteria allowing to explain soils erosion, after a multicriteria analysis,

SPOT and others optical data acquisitions depend on cloud coverage. Thus witli tlie European Space Agency it was decided to test the SAR Radar data, in order to develop the methodology in austral areas of the Coastal Cordillera. Due to hilly morphology of the area, mapping land use has been possible in areas with slopes below 5 % only. Hidier slopes angles induced stronger mo.phological effects that transfers land use signal.

Studies realised from 1994 to 1998 used 3 parameters : land use coverage, slopes and drainage network. Developments proposed by BRGM and discussions wid~ Chileans experts lead to the integration of two others morpho-clitnatic parameters : slope curvahires and exposition.

Final inapping of potential soils sensitivity using of this two last parameters allowed a more accurate classification, mainly on areas at high sensitivity.

Rapport BRGM R40812

Chili . Cordill~nr de la Côte . Carfographie de la sensibilité potentielle des sols d l'érosion

Table des matières

........................................................................ . .................. . Résumé Resumen Summary .. 3 . ............................................................................................................. 1 . Historique de 1 etude

1.1. Définition des trois cnteres extraits d'une iinage optique pour ............................................. la cartographie de la sensibilité potentielle à l'érosion

.............................................................................................................. 1.2. Conclusions ...................................................................... 2 . Méthodologie proposée pour la présente étude ...................................................................... 2.1. Méthodologie envisagée initiaiement

............................................................. 2.2. Méthodologie effectivement mise en auvre

........................................................... 2.3. Intégration de paramè&es complémentaires ...................................................................................... 3 . Mise en place de la base de données

........................................................ 3.1. intégration des données de l'étude précédente ......................................................................... 3.2. intégration des données ERS-SAR

................................................................................................ 4 . Traitement des images SAR 4.1. Géocodage ................................................................................................................

.................................................................................................................... 4.2. Filtrages ................. ............................................... 4.3. Cartographie de l'occupation du sol ..

................................................................... 4.3.1. Test de classification supervisée ................................................ 4.3.2. Interprétation visuelle de l'occupation du sol

4.3.3. Comparaison des cartes d'occupation du sol générées à parîir .......................................... des images ERS et SPOT ........................... ...

...................... 4.4. Validation tenain de l'interprétation de l'occupation du sol sur ERS ................................................ 4.4.1. Zones à morphologie moyenne à contrastée

.......................................................................... 4.4.2. Zones à morphologie plane ...................................................................... 4.5. Conclusion à l'étude des images ERS . . . ........................................................................................................ 5. Analyse multicntere . . .......................................................................................... 5.1. Codification des cnteres ................................................................. 5.1.1. Occupation et protection du sol . . ........................................................................................... 5.1.2. Pentes et mciszon

............................................................ 5.1.3 Courbures et exposition des versants ....................................................................................... ....................... 5.2. Analyse ..

5.2.1. Croisement des courbures et de la densité du réseau de . . drainage : cntere de concentration ............................................................... ..................... 5.2.2. Croisement des pentes et de l'exposition : critère d'agressivité

5.2.3. Croisement de concentration et d'agressivité : la sensibilité au ruissellement 5.2.4. Croisement de la sensibilité au ruissellement et de la protection

des sols par la végétation : la sensibilité potentielle des sols à l'érosion ....... 6 . Incidence de la prise en compte des critères « courbure » et « exposition » sur la

............................................................. défmition de la carte de sensibilité des sols à l'érosion .................. 7 . Recommandations de pratiques agricoles en fonction des niveaux de sensibilité

Conclusion .......................................................................................................................... Bibliographie .....................................................................................................................

Pages 4 9

Annexe 1

Rapport BRGM R40812

Chili . Comiill6re de la Côte . Cartographie de la sensibilité potentielle des sols d l'érosion

Liste des figures . .

Figure 1 : Localisation de la zone d'éhide .......................................................................... Figure 2 : Schéma méthodologique de l'étude ............... .. ................................................. Figure 3 : Sensibilité potentielle des sols à i'érosion 1995 (SPOT) : analyse selon 3 critères de la micro région de Treliuaco ............................................................................................ Figure 4 : Sensibilité potentielle des sols i l'érosion 1995 (SPOT) : analyse selon

........................................................................ 3 critères de I'ensemble de la zone d'étude Figure 5 : Image ERS multitemporelle : mars - mai - octobre 1997 ..................................... Figure 6 : Cartogapliie de i'occupation du sol (SPOT et ERS) ............................................ Figure 7 : Validation de l'occupation du sol en zones à morpliologie contrastée .................. Figure 8 : Validation de l'occupation du sol en zones à morphologie plane ......................... Figure 9 : Carte de la protection des sols par la végétation ................................................... Figure 10 : Critères de base issus du MNT : pentes et incision ............................................ Figure 11 : Justification teirain du critère <( courbures » ...................................................... Figure 12 : Critères de base issus du MNT : orientations et courbures ................................. Figure 13 : Sensibilité potentielle des sols à l'érosion 1995 (SPOT) : analyse selon 5 critères de l'ensemble de la zone d'étude .......................................................................... Figure 14 : Comparaison des sensibilités calculées avec 3 et 5 critères : Influence de l'opentatiou des versants ...................................................................................................... Figure 15 : Comparaison des sensibilités calculées avec 3 et 5 critères : Influence de la

............................................................................................................. courbure des pentes

Liste des tableaux

Tableau 1 : Acquisition des données ERS-SAR .................................................................. ............................................ Tableau 2 : proportions de pixels bien classés àpartir de ERS

............. Tableau 3 : Caractères de reconnaissance des différents types d'occupation du sol ............................... Tableau 4 : Codification de l'occupation du sol en terme de protection

................................................. Tableau 5 : Codification des indices de pentes et d'incision Tableau 6 : Codification des indices de courbures des pentes et d'orientation des versants .

......................................................... Tableau 7 : Codification des classes de concentration ............................................................... Tableau 8 : Codification des classes d'agressivité

................................................... Tableau 9 : Codification de la sensibilité au ruissellement ............................... Tableau 10 : Codification des classes de sensibilité potentielle des sols

............................................................................. Tableau 1 1 : Analyse de données terrain Tableau 12 : Propositions pour une gestion durable des terres agicoles ..............................

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Cote - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

4. Historique de l'étude

Dans la région de la Cordillère de la Côte, les causes de la dégradation des terres trouvent leur origine dans les facteurs historiques et socio-éconoiniques cornine dans les pratiques agricoles inadaptées, dont l'effet néfaste est amplifié par les facteurs climatiques (climat de type méditerranéen à saisons contrastées). La conséquence des processus d'érosion intense correspond à une perte en terre, jointe à une diminution drastique de la fertilité et productivité des sols.

Afin de limiter ce processus d'érosion par la définition et le développement de techniques agricoles plus adaptées, le projet "Prodecop-Secano" a été initié sur la région de la Cordillère de la Côte (fig. 1). Ce projet, d'un inontant total de 35 MUS$ est cohancé par la Banque Mondiale.

L'utilisation de la télédétection s'est avérée nécessaire compte tenu de l'importance des territoires à cartographier. Aussi le BRGM et le Servicio Agricola y Ganadero (Service de l'Agriculture et de i'Elevage ou SAG) du blinistère Chilien de l'Agriculture ont proposé d'utiliser des images SPOT (résolution de l'image adaptée à la taille moyenne du parcellaire et réalisation de blodèle Numérique de Terrain - MNT -) afm d'établir un diagnostic rapide et actualisé de la sensibilité des sols à l'érosion (Delpont et ai., 1994 et 1996, Desprats et a1.1997). Cene approche a été validée par les experts de la Banque Mondiale, et intégrée dans le projet global ; elle permet ainsi de cibler les zones d'actions prioritaires de replantation forestière ou de développement de nouvelles pratiques agricoles.

Le site pilote est situé dans la région de Bio-Bio (du noin du fleuve le plus important qui la traverse), dans la VIIIème région, à environ 300 1an au sud de Santiago (fig. 1). Elle couvre 3 des microrégions &ntérêt prioritaires du projet "Prodecop-Secano" que sont Trehuaco, Portezuelo et Guarilihue où se pratiquent une agriculture de subsistance dans des exploitations agricoles de taille petites à moyennes et une exploitation forestière, liée à l'exportation de bois et de pâte à papier par le Ciiili.

1.1. DÉFINITION DES TROIS CRITÈRES EXTRAITS D'UNE IMAGE OPTIQUE POUR LA CARTOGRAPHIE DE LA SENSIBILITÉ POTENTIELLE À L~ÉROSION

Dans les régions comme celle du Bio-Bio, où n'existe aucune information géologique ou pédologique, trois critères peuvent être extraits d'une image optique et de ses dérivés pour approcher le phénomène érosif. Il s'agit de : O la protection des sols, à partir de l'analyse de la couverture végétale (par interprétation visuelle ou

classification), o la pente des terrain, à partir du MNT, e le degré d'incision des terrains, lié aii réseau d'écoulement, à partir du bINT.

Les données acquises étaient : e deux images multispectrales (XS) enregistrées en fin de période estivale, les 27/04/1988 et

16/05/1995. Elles donnèrent les informations thématiques relatives au couvert végétal en 1988 et en 1995, permettant ainsi d'apprécier son évolution et par là celle de la sensibilité.

0 un couple d'images panchromatiques (P) qui permit le calcul du bfodèle Numérique de Terrain (maille de 20 mètres). Les pentes et le réseau d'écoulement eu ont été extraits.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordililère de la Cote - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

Figure 1 : Localbaiion de la zone dfétude

!i!SLa

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B l'érosion

Le schéma méthodologique suivant (fig. 2) reprend les différentes étapes permettant de cartographier les surfaces sensibles à l'érosion.

des sols

Figure 2 : Schéma méthodologique de l'étude

Les différents croisements (pente avec réseau d'écoulement, puis agressivité avec indice de protection des sols) ont été réalisés, alternative par alternative, par des agronomes du Ministère de l'Agriculture (SAG), en collaboration avec les responsables agricoles des secteurs concernés et guidés par les thématiciens du BRGM.

La cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion, validée par des travaux de terrain, a été réalisée pour les années 1988 et 1995 a h d'étudier l'évolution de l'utilisation des terres et apprécier les conséquences des différentes actions telles que l'exploitation de la forêt et le reboisement, ou le défrichement pour une mise en culture presque toujours à travers une pratique agricole inadaptée.

La totalité de l'étude a été réalisée en s'appuyant sur les logiciels Erdas (traitement d'image et combinaisons) et Arc-Info-Grid (extraction du réseau d'écoulement à partir du MNT pour définir l'indice d'incision). (fig. 3)

1.2. CONCLUSIONS

Cette approche méthodologique a montré l'intérêt de l'utilisation des données satellitaires SPOT : elle permet une cartographie actualisée de surfaces conséquentes, de l'échelle régionale à celle de la propriété foncière, à des coûts et dans des délais restreints comparés aux méthodes conventionnelies. Elie permet en outre une hiérarchisation et une approche objective des problèmes, ainsi qu'une description de l'état et des conditions des ressources qui s'appuient sur la connaissance d'experts. Après avoir validé la méthodologie proposée par le BRGM, le projet Prodecop Secano a alors fait appel à la télédétection optique pour étudier les huit micro-régions pilotes du projet, disséminées sur la Cordillère de la Côte.

L'acquisition de données satellitaires optiques peut être cependant limitée par une contrainte majeure, la couverture nuageuse. En effet, en se rapprochant des zones australes, au sud de la Cordillère, il est de plus en plus difficile d'obtenu des données optiques sans nuage. Tenter de s'afîranchir de cette contrainte n'est possible qu'avec des données radar. L'évaluation de l'intégration de ces données fait l'objet de la présente étude.

Rapport BRGM R40812

8 des sols B i'érosion

1 i Protection du sol i m t r * s forte-oY. 1-c

=forte m f a i b l e

Sensibilité potentielle à 1 'érosion

1 -tr&s forte m m o y e n n e

l f o r t e m f a ï b l e

Figure 3 : Sensibilitépotentielle Ller sols 2 l'érosio~ 1995 (SPOïJ : analyses selon 3, critère8 cie la W'IXQ région de Trehuaco

B A C -?%.Y

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la CGte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à I'émsion

2. Méthodologie proposée polar la présente étude

2.1. MÉTHODOLOGIE ENVISAGÉE INITIALEMENT

La métliodologie envisagée initialement à partir des images ERS-SAR comportait les phases suivantes :

O génération d'un biNT interféroinétrique, O génération d'une carte des pentes, et extraction du réseau d'écoulements à partir de ce MNT, o cartographie de l'occupation du sol par l'utilisation d'une série multitemporelle d'unages ERS-

SAR cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion par l'analyse inulticritère des facteurs obtenus précédemment.

2.2. MÉTHODOLOGIE EFFECTIVEMENT MISE EN CEUVRE

Les données ERS-SAR disponibles sur la zone d'étude et proposées sur le catalogue DESC ne permettent pas de générer un MNT interférométrique. En effet, tous les couples potentiellement utilisables afin de générer un biNT (couples à 3 jours) présentent une <( baseline s, ou distance entre les centres des images trop importante (supérieure à 300 in dans le meilleur des cas). De ce fait le MNT utilisé est celui qui avait été généré lors de l'étude précédente à partir d'un couple d'images SPOT pancluomatiques stéréoscopiqnes.

La suite de la méthodologie a été réalisée confonnérnent à la proposition initiale :

les niveaux d'information obtenus à partir des images ERS, SPOT et du biNT (pente, occupation du sol, densité du réseau d'écoulement) sont intégrés dans un Système d'Information Géographique (SIG), géoréférericé en UTbl zone 18 Sud (ellipsoïde International 1909). La base est réalisée à l'aide du logiciel Arc-View, qui s'appuie sur SpatialAnalyst et SynarcPC pour la réalisation de l'analyse multicritère.

Au cours de ce projet, deux critères complémentaires extraits du MNT ont été intégrés pour améliorer la définition de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion : les courbures de pentes et l'exposition des versants.

Le critère courbures des pentes résulte d'un programme de recherche mené par le BRGivI (P. Maunzot 1994) visant à exploiter les informations morpliologiques dans le domaine des risques naturels : les pentes concaves tendent à concentrer les eaux de missellement alors que les pentes convexes ont l'effet inverse (cf. $ 5.1.3).

Le critère exposition des versants a été proposé par les différents agronoines et forestiers chiliens travaillant pour le Ministère de l'Agriculture, ou pour l'Institut de Recherche Agronomique (INIA) rencontrés lors des travaux de terrain réalisés en avril 1999 : en effet les versants exposés au nord (c'est à dire à la pluie et au soleil) présentent une densité d'indice d'érosion (rigoles, ravines) largement supérieure à ceux exposés au sud, toutes choses égales par ailleurs (cf. 5 5.1.3). Ces derniers présentent donc en général une couverture végétale (forestière) dense. Rapport BRGM R40812 13

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols a I'erosion

3. Mise en place de la base de données

Le MNT, les données SPOT de 1995, la classification de l'occupation du sol, et la carte finale de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion en 1995 ont été intégrées dans le SIG (fig. 4).

L'analyse inulticritère peut alors être réalisée selon une approche par agrégation totale ou bien par une approche par agrégation partielle :

0 l'agrégation totale consiste à attribuer un coefficient de pondération à chaque critère, et à calculer pour chaque pixel la valeur finale selon le modèle choisi (somme pondérée, quadratique ou similitude). Cette approche a l'inconvénient majeur de ne pas laisser au spécialiste la décision pour chaque situation.

0 l'agrégation partielle consiste à étudier les alternatives une à une (ex : pente très forte, degré d'incision faible, et couverture végétale dense). La combinaison de 3 critères définis en 4 classes conduit à générer 64 possibilités (4x4~4). Ce nombre déjà unportant devient difficilement gérable lorsqu'on envisage d'intégrer un quatrième ou un cinquièine critère.

L'approche par agrégation partielle, même plus difficile à inetke en œuvre, a été retenue. Elle exige de la part des interprètes une réflexion sur chaque alternative possible. Le nombre important d'alternatives potentielles (4x4x4x4x4), 1024, sera limitée par :

a un nombre de classes limité à 3 pour 2 des critères (courbures et protection des sols) o la mise en place de critères intemédiaires amenant à regrouper les critères de base par 2

3.2. INTEGRATION DES DONNÉES ERS-SAR

Les six images disponibles sur la zone d'étude entre 1996 et 1997 sont présentées dans le tableau suivant :

Tableau 1 : acauisition des données ERS-SAR

Frnme

Ascendante Ascendante

Les images des 8, 9 et 10 octobre ont été demandées afin de tester la réalisation d'un iviNT interféroméîriqne. Celle-ci n'a pas été possible du fait d'une (( baseline » excessive (3 11 mètres).

L'analyse de l'évolution du couvert végétal sera réalisé à partir de trois dates clé couvrant un cycle végétatif: mars (automne), mai (début de l'hiver) et octobre (printemps) de l'année t997.


Chili - Cordillère de la CBfe - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à I'érosion

%

. .

Légende

ès forte

=orte

e Figure 4 : Sensibilité potentielle des sols à l'érosion 1995 (SPOïJ : analyse selon 3 critères de l'ensemble de la région étudiée

.@s&

Rapport BRGM R40812


4. Traitement des images SAR

La composition colorée ERS optimale intègre les trois images en mode (( descendant » disponibles (mars, mai, octobre) (figure 5). En effet, l'image ascendante géocodée présente des hétérogénéités qui rendent la perception des états de surface très différente des trois autres enregistrées en mode ((descendant )). En outre, les tests de classification intégrant l'image ascendante donnent de très mauvais résultats.

Les images géocodées ont été calibrées afin de permettre une comparaison dans le temps du signal enregistré par le capteur : le coefficient de rétrodiffusion (0').

4.2. FILTRAGES

Pour tenter d'homogénéiser le contenu des parcelles sans altérer les contrastes naturels, différents filtrages ont été testés (Frost, Lee, Garnma-Map) selon des tailles de boites différentes.

L'appréciation visuelle de l'image traitée à l'aide du filtre Gamma-map (boite 3x3) montre que le (( speckle » est atténué mais qu'un maximum de l'information originelle est conservé : les unités d'occupation du sol perceptibles sur la conposition colorée multidate sont conservées et la définition des contours est améliorée.

Le specMe correspond à un bruit de fond multiplicateur provoqué par l'hétérogénéité du matériel composant le pixel à laquelle s'ajoute un possible mélange entre pixel au niveau de l'antenne.

4.3. CARTOGRAPHIE DE L'OCCUPATION DU SOL

L'interprétation d'une image radar s'appuie sur les trois principaux facteurs qui conditionnent la rétrodiffusion du signal :

o la rugosité des surfaces, élément majeur et clé d'interprétation pour l'analyse du parcellaire (Company et al. 1995, Company 1996),

e l'humidité de la surface des sols ou des systèmes (( végétation-sol » a la tnorphologie des terrains.

II est a priori très souliaitable de s 'manchir des paramètres humidité et morphologie pour accéder à une information précise sur l'occupation du sol.

4.3.1. Test de classification supervisée

Deux approches distinctes ont été suivies afin de mettre en œuvre une classification supervisée selon la méthode de maxiinun de vraisemblance. Elles sont justifiées par Le fait que la perception des paysages est très différente selon que l'on observe les images ERS ou les images SPOT.


Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols I'emsion

a) Prise de parcelles d'entraînement sur la composifion colorée ERS

Les classes interprétées sur Ia cotnposition ~nultidate ERS et pouvant faire l'objet d'une prise de parcelles d'entraînement sont les suivants : 0 les zones urbaines, o l'eau et les alluvions,

les vignes, o les forêts denses, o les forêts peu denses, O les zones agricoles (pâturages et culhires), o les sols sans protection.

L'analyse statistique de la réhodiffusion moyenne des parcelles d'entraînement et de leur séparabilité se révèle mauvaise (tableau 2). Seule La reconnaissance de la classe cc Eau )) est correcte avec 87.75 % de pixels entraînés bien classés. Les zones urbaines, parfaitement identifiables visuellement présentent des taux de confiisions forts avec les classes hès réfléchissantes telles que les sols nus (59.33 % de pixels entraînés bien classés seulement).

Tableau 2 : proportions de pixels bien classés à partir de ERS

Rapport BRGM R40812

classe

vignes villes sols nus pins adultes pins (plantations récentes) alluvions eau

proportion de pixels bien classés entraînement sur ERS -

puis classif sur ERS 39.82 59.33 29.79 8.97 27.65 74.40 87.75

entraîneinent sur SPOT - puis classif sur ERS

28.15 58.21 25.21 12.25 28.19 65.19 69.25

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

Figure 5 : Image multitemporelle ERS : mars - mai - octobre 1997

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillére de la Cate - Cartographie de la sensibilit6 potentielle des sols à l'érosion

b) Prise de parcelles d'entraînement sur la composition colorée SPOT

Afin de vérifier que la prise de parcelles d'entraînement réalisée directement sur l'image ERS n'était pas erronée, cette dernière a été effectuée sur l'image SPOT de 1995, où l'occupation du sol est bien reconnaissable et a été validée sur le terrain. Les variations éventuelles entre 1995 et 1997 ne sont pas telles qu'elles puissent affecter fortement la classification ultérieure.

Appliquées aux images ERS, les résultats statistiques issus de ce nouveau jeu de parcelle montrent à nouveau des résultats décevants (tableau 2). Un tel résultat semble dû au fait que la morphologie a sur la rétrodiffision un impact beaucoup plus iinportant que la rugosité atiribuée à I'occupation du sol : lors des travaux de terrain, il est apparu que dès que la valeur des pentes excède environ 5 %, les contrastes morpliologiques sont suffisants pour masquer totalement les différences de rétrodiffusion pouvant être liées à la rugosité ou à l'liumidité des terrains.

4.3.2. Interprétation visuelle de l'occupation du sol.

Les résultats décevants de cette méthode de classification ont conduit à essayer de réaliser une interprétation visuelle de I'image ERS multitemporelle selon trois classes principales, en se fondant sur les types d'occupation du sol a priori reconnaissables tant pour leurs forts contrastes a priori de rétrodiffusion que pour la perception de leur limites :

o les massifs forestiers, 0 les zones urbanisées,

les zones de végétation basse (cultures et épineux, sols nus).

Une analyse de la rétrodiffiision de l'image mitltidate, appuyée sur la classification de I'image SPOT, a fmalement permis de proposer des caractères de reconnaissance exprimés dans le tableau suivant :

Tableau 3 : caractères de reconnaissance des différents m e s d'occu~ation du sol

Couleur sur image ERS 3 dates

bleu

rose

gris - blanc

Mars (rouge)

lisse (lit de seinence)

Mai (vert)

lisse (lit de semence)

I I I l

Les catégories suivantes d'occupation du sol perceptibles sur I'image multidate sont donc proposées : les villes, les cours d'eau, les forêts denses (pins et eucalyptus adultes), les forêts peu denses (plantations récentes), les épineux, les surfaces cultivées et les vignes. (figure 6). Une classe particulière de sols nus a été ajoutée dans ka inesure oii ils sont le plus souvent bien reconnaissabies : il s'agit des surfaces correspondant aux alluvions des rivières les plus larges qui traversent l'image.

assez lisse (Iiomogène)

rugueux

magenta foncé 1 lisse l I I l

20 Rapport BRGM R40812

Octobre (bleu)

rugueux (montaison)

blanc

Interprétation

céréales

rugueux

rugueux

lisse

rouge vif rugueux (vagues) lisse lisse I eau 1 rugueux

assez lisse (homogène)

rugueux

lisse

pâturages + épineux

vigne

forêt

rugueux rugueux urbain

Chili - Cordillère de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

Les trois premières catégories ainsi que les zones agricoles sont assez aisément interprétées à partir des règles décrites dans le tableau précédent.

En revanche, l'interprétation des autres classes s'avère beaucoup plus difficile du fait des confusions et de l'hétérogénéité existant au sein des classes (pixels très réflécliissant au milieu de zones forestières globalement sombres, par exemple).

Commne pour la classificatio~i numérique et pour les mêmes raisons (par. 4.3.1.2), les résultats obtenus confment que c'est surtout en plaine qu'une analyse des différences spectrales liées à l'occupation du sol peut être réalisée.

4.3.3. Comparaison des cartes d'occupation du sol générées à partir de ERS et SPOT

L'interprétation des images ERS telle que décrite ci-dessus reste très géuéraie et ne peut en aucun cas correspondre aux exigences d'une cartographie à l'échelle du 1J50.000.

En effet, la cornparaison en zone à morphologie contrastée montre, pour l'image radar, des confusions liées à la perception même des massifs forestiers (cf (j 4.4.1.1). Les versants très réfléchissants de ces massifs, dont les contours, même lorsqu'ils sont rectilignes et perpendiculaires à la direction d'éclairement, sont difficilement perceptibles, sont confondus avec des parcelles agricoles égalelnent réfléchissantes de type labour ou prairies parsemées d'épineux.

En zone de plaine essentiellement occupées par des prairies parsemées d'épineux et des cultures de blé, les confusions existent encore quoique plus limitées. Elles semblent liées à la densité plus ou moins forte des épineux.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilite pofentielle des sols à l'érosion

r l

Classification supervisée SPOT

Interprétation visuelle ERS 1

Occupation du sol l c o u r s d 'eau

d z o n e s

p i n s p l a n t a t i o n s récentes

m e s surfaces cultivées

n p r a i r i e s parsemées

Figure 6 : Cartogr(rYhie de I 'occupation du sol (SPOT et EM)

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillére d e la Cdte - Cartographie de la sensibilitd potentielle des sols à l'érosion

4.4. VALIDATION TERRAIN DE L'INTERPRÉTATION DE L~OCCUPATION DU SOL SUR ERS

5 1 points localisés à l'aide d'un GPS ont permis d'analyser la pertinence des différents critères utilisés pour : a valider l'interprétation de l'occupation du sol à I'aide de l'image ERS O valider la carte de sensibilité potentielle des sols à l'érosion intégrant les 2 nouveaux critères

(courbures et exposition des pentes)

La validation a porté sur deux environnements morphologiques distincts : m en zone à mo~pliologie moyenne à contrastée (collines), reconnaissance d'objets bien identifiables

sur SPOT (limites rectilignes de massifs forestiers) o en zone à morphologie plane, reconnaissance de parcelles différenciables sur la cotnposition

colorée.

Deux exetnples représentatifs sont décrits ci-dessous.

4.4.1. Zones à morphologie moyenne à contrastée

Point de contrôle no 9 . le massif forestier (plantation dense à forme géométrique), parfaitement visible sur SPOT (fig. 7), correspond à une plantation de pins d'une quinzaine de mètres de haut lors de l'acquisition SPOT en 1995. Ce massif existe toujours. II n'est pas visible sur ERS, ni par une rétrodiffusion particulière (alors qu'il est entouré de sols nus et de cultures) ni par la perception de ses limites. Ceci est d'autant plus surprenant au niveau de sa limite sud-est, rectiligne et longue de 2 km, qui est orientée perpendiculairement à la direction de l'éclairement ERS. L'image ERS ne pennet en fait que la perception de l'organisation inorpliologique du paysage. (fig. 7)

Plusieurs autres points de contrôle (21, 41, 47 et 49) présentent des caractéristiques comparables à celles du point 9 avec, en particulier, une limite forestière rectiligne perpendiculaire à la direction d'éclairement. Cette litnite n'est pas non plus perceptible sur l'image radar.

4.4.2. Zones à morphologie plane

Dans les zones à morphologie plane des variations de teintes peuvent être observées (fig. 8) : elles sont liées à des inodifications de l'occupation du sol entre les trois dates utilisées :

Point de contrôle no 29 : les teintes foncées (bleu violacé) qui correspondent dans l'ensemble à des prairies développées sous des épineux (acacia caven) sont justifiées par la densité unportante des arbustes, donnant ainsi un couvert relativement hotnogène, surtout lorsque le feuillage est dense.

Point de contrôle no 1 : les teintes jaunes-vert correspondent à des terres cultivées, semées en blé car : 8 ils sont travaillés (liersage) en mars après un labour pour préparer un semis de blé - rugueux sur

ERS mars - O le blé est semé en avril-mai (avant l'acquisition ERS) - rugueux sur ERS mai - 8 il se trouve au stade tnontaison en octobre - couvert unifonne peu réflectant - . Les points de contrôle 24,30 et 31 présentent des caractéristiques comparables à celles du point 1.

Point de contrôle 11" 33et 42 : les teintes presque noires correspondent à des plantations de pins ou d'eucalyptus effectuées en 1994.


Chili - Cordill&re de la Cdte - Cartographie de la sensibilif6 potentielle des sols à l'érosion

point de contrôle no 9

point de contrôle no 49

Figure 7 : Validation de In carte de l'occupation du sol en zones à morphologie contrastée

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la CBte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

Terrain SPOT ERS

point de contrôle no 29 : pâturages avec épineux

Terrain SPOT ERS -

point de contrôle no 1 : blé

Figure 8 : Validation de la carte de l'occupation du sol en zones à morphologieplane

&r@& 'SAS


Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie d e la sensibilité potentielle des sols 8 /'érosion

Un sous-soiage est effectué avant la plantation afin de favoriser un enracinement en profondeur. Les pluies successives suppriment cene nigosité, et ces parcelles apparaissent comme Iiomogènes aux trois dates d'acquisition.

4.5. CONCLUSION À L'ÉTUDE DES IMAGES ERS

La région de la Cordillère de la Côte correspond majoritairement a un paysage très vallonné où les pentes atteignent assez souvent dcs valeurs de l'ordre de 20 à 25 %. Dans ce contexte morphoclimatique, qui représente une très grande partie de cette région, voire du temtoire chilien, il ne seinble pas que les données radar de type ERS soient, dans l'état actuel des connaissances, l'outil le plus adapté a de telles études.

De ce fait, les analyses multicritères s'appuieront sur la carte de l'occupation du sol obtenue a l'aide de l'image SPOT de 1995, et des informations dérivées du M,N.T, en incluant les deux nouveaux critères que sont la courbure des pentes et l'orientation des versants.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillére de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B I'érosion

5. Analyse multicritère

L'analyse inulticritère permet de coinbiner les differents critères de base afin de produire une carte globale de sensibilité potentielle des sols à l'érosion. Cette analyse comprend plusieurs phases :

œ le seuillage des valeurs des differents critères selon des classifications établies par les spécialistes chiliens (classe de protection pour l'occupation du sol, closses de pentes, ..)

0 le regroupement de ces differents critères

5.1. CODIFICATION DES CRITÈRES

Ln définition des différents critères de base passe par une codification des informations brutes extraites des images ou du M.N.T. Cette pliase, totalement liée à la connaissance ~norphociiiatique et agronomique de la région, repose sur l'expertise des acteurs chiliens du projet.

5.1.1. Occupation et protection du sol

La carte de l'occupation des sols obtenue à partir des données SPOT est interprétée en terme de protection des sols contre l'érosion (fig. 9). Ce classement est réalisé sur la base des travaux effectués en 1996 par le SAG (tableau 4).

Tableau 4 : codification de I'occuoation du sol en terme de protection

Occuuation du sol 1 Protection contre 1

Zones urbaines Forêt dense (pins ou eucalyptus adultes) Forêt peu dense (plantations récentes) Epineux sur pâturages Taillis peu dense Forêt dégradée Vignes Agriculture @lé)

I'érosion Forte Forte

Moyenne Moyenne

Faible Faible

Très faible Très faible

Code

1 Riviére et alluvions Non codés

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la C6te - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

SPOT

Occupation du sol 1 coursd'eau " "

zones urbaines

pins adultes

plantations récentes

vignes

3 0 surfaces cultivées (blé)

0 prairies parsemées d'épineux

.-. ,

Protection des sols' "' I , 3 , .

0 forte

moyenne

0 faible

0 très faible

m Figure 9 : Çerte de la protection des sois par la végétation

z!s&

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordiflère de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à /'érosion

5.1.2. Pentes et incision

Les critères pentes et incision intégrés dans l'analyse inulticritère sont extraits de la base de données utilisée pour les travaux de 1996 puisque le même ivENT a été utilisé pour cette étude (fig. 10).

Le classetnent de ces critères a été réalisé en fonction de classifications morpliologiques nationales (CiRENISAG) exprimés dans le tableau 5 suivant :

Tableau 5 : codification des indices de pentes et d'incision

5.1.3 Courbures et exposition des pentes

Coiribures : Les surfaces concaves concentrent le ruissellement des eaux de pluies, alors que les convexes tendent à te disperser, et rendent donc les sols correspondant plus sujets à l'érosion (fig. 11). Or les travaux de terrain ont montré que ces surfaces étaient fréquemment cultivées (blé, vignes) dans cette région, après un labour de préparation des semis, facteur aggravant du phénomène érosif. En effet, le labour est réalisé après une mise en jachère de huit mois succédant la précédente récolte. Ce labour laisse les sols sans protection à la fm de l'automne an moment des plus fortes pluies.

Analyse morphologique

Aussi, l'intégration du critère "courbures" dans une telle région est apparue particulièrement pertinente.

1 >18.6% 1 Ondulée- 1 4 1 > 51 1 Très forte 1 4 1

Limite de classes < 2.5 %

2.6 a 10.5 % 10.6 a 18.5 %

Analyse d e l'incision

La carte des courbures moyennes (fig. 12) est calculee à partir du kENT en utilisant les fonctions morphologiques du logiciel SYNARC (P. Maurizot, 1994). Elle prend en compte les composantes verticales et horizontales des pentes, qui sont codifiées selon 3 classes seulement puisqu' entre 176 et 184O, les courbures sont trop faibles pour avoir une incidence suffisante sur le niissellement. (tab. 5) :

Longueur ( d a ) Oa10 11 a30 31 a50

convexes : situation favorable, avec dispersion des flux, médiane : situation sans effet sur l'écoulement,

e concave : situation défavorable avec concentration des flux,

Morphologie Plane

Plane - ondulée Ondulée

En deliors de considération purement inorphologiques, la prise en compte de la courbure des pente peut permettre d'affmer l'évaluation des financements à mettre en place pour l'aménagement des versants : les méthodes de lutte contre l'érosion sont différentes selon la forme des versants, tout coinme leur coût, moindre pour les versants convexes.

Code 1 2 3

Densité drainage Faible

Moyenne Forte

Rapport BRGM R40812

Code 1 2 3

Chili - Cordillére de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols d l'érosion

Exposition : Par ailleurs, les agronomes ciiiliens de 1'INIA et du SAG ont souhaité que l'exposition des pentes soit prise eu compte. En effet, les versants nord sont largement plus exposés au risque d'érosion que les versants Sud, et ce, pour deux raisons :

O les wluies viennent du Nord les versants Nord sont plus ensoieillés, et donc plus cultivés contrairement aux versants sud, moins propices i l'agriculture, et souvent couverts par la forêt ou autre couverture pérenne protectrice.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la CBte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols & l'érosion

Indice de pente Carte des pentes

pentes Oà2.5% , . , . .. . .. . . .

. . . . . 2.5 à 10.5 % ' ; . . . .: . .

10.5 18.5 % plus de 18.5 %

trèsforte u fate EBSi moyenne - f*

Carte du réseau d 'écoulement (sur MNT) Densité du réseau d 'écoulement

densité très forie

U fme --

moyenne faible

Figure 1 O : M è r e s de base ksus du MNT: pentes et incision

!mi&-

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordi//&e de la CBfe - Cartographie de la sensibiIit6 potentielle des sols r ) I'6rosion

point de contrôle no 12 forta incisions (orientation sud-est)

I versant nord du point 12 : incisions sur courbures concaves ETeonvexea

Figure I l : Justification terrain du critère (( courbures »

Rapport BRGM R40812


-

Carte de 1 'orientation des versants Indice

i

Nord W Nord-Est . orientation rn Est i Nord

Sud-Est O NWNO I Sud EsVOuest IiEBl Sud-Ouest Sud/SE/SO m ouest

Nord-Ouest

Carte des courbures Indice de courbures

moiusde 176' courbures

O 176'- 184" O concave Pi plus de 184 O neutre

convexe

Figure 12 : Critères de base issus du MNT: orientation et courbures

u

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la C6te - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B i'érosion

Quatre classes ont été définies (tableau 6), qui regroupent les orientations comme suit :

Q Sud, Sud-ouest, Sud-est : situation favorable, Q Est et Ouest : situation à faible risque, 0 Nord-est et Nord-ouest : situation à risque fort, O Nord : situation à risque &ès fort

Le tableau suivant résume la description des classes de cowbwe et d'orientation et présente la codification adoptée :

Tableau 6 : codification des indices de courbures des oentes et d'orientation des versants

* : la valerrr 4 a été initialenient attribué aux sirrfaces concaves dans la perspective d'ana1yse.s ntulticritère par soninles pondérées pour renforcer le contraste par rapport au.ï cara.brires cani1exes ou ntédianes, conpte tenu de l'état defragilité potentielle de torrte la région.

5.2. ANALYSE

Courbures

Le nombre total de situations potentielles est de 576, résultat de la combinaison des 5 critères précités :

Orientation

occupation dtr sol (3 classes) x pentes (4 classes) x orientation (4 classes) x carrrbirres (3 classes) x densiri réseau hydrograpliique (4 classes).

Code 1

2

4*

Valeur < 176'

176 - 184 O

> 184

Valeur 112.5' à 247.Y

67.5' à 112.5°/ 247.5' à 292S0

2 . 5 " à 67.5' / 292.5' à 337.5'

0" à 22.5' 1337.5' à 360°

La synthèse d'un tel nombre de situations, détaillées en annexe 1, s'avère pratiquement impossible du fait du nombre mais aussi du fait que certaines ne sont que théoriques ou n'ont aucune représentativité réelle (taille notamment). Des regroupements sont donc réalisés afin de rattacher cliaque situation à des cas observables sur le terrain.

Classe Convexe

Médiane

Concave

Les discussions entres les différents acteurs impliqués dans le projet PRODECOP-SECANO (agronoines de L'INIA, du SAG, forestiers de CONAF), coordonnées par le BRGIvI, ont permis de hiérarchiser les différents critères. En effet, tous n'ont pas la même importance vis à vis de l'érosion. Pour cette région la pondération qui serait attribuée dans le cadre d'une analyse globale (somme pondérée par exemple) serait :

Classe Sud - SE - SO

Est - Ouest NE - NO

Nord

D protection des sols par la végétation : 4 O pentes : 2 0 orientation : 2 0 cowbures : 1

densité du réseau d'écoulement : 1

Code 1 2 3

4

Rapport BRGM R40812


Cene hiérarchisation n'est pas intégrée directement lors d'une agrégation partielle, chaque croisement étant le résultat d'une interprétation ou expertise. Elle permet cependant de voir quels sont les critères majeurs.

5.2.1. Croisement des courbures e t d e la densité du réseau d e drainage : critére de concetltration (tableau 7)

Tableau 7 : codification des classes de concentration

1 l Courbures m

Le croisement de ces deux critères qualifiés de secondaires (coefficients 1 soit 10% chacun) permet de définir un premier élément caractérisant le potentiel de concentration des eaux de missellement sur un versant.

5.2.2. Croisement d e s pentes e t d e I'exposition : critère d'agressivité (tableau 8)

Densité Hydro

Tableau 8 : codification des classes d'agressivité

1 2 3 4

1 1 4

Faible Moyenne

Forte Très forte

Ces deux critères jugés équivalents en importance (coefficients 2 soit 20% chacun), pennettent de défmir le second élément caractérisant I'agressivité des eaux de ruissellement.

convexe neutre concave 1 1 2 1 2 2 1 2 3 2 3 3

Rapport BRGM R40812

Exposition

Pentes 1 2 3 4

1 2 3 4

SE-SW et S E -W

NE-NW N

faible moyenne forte très forte 1 1 2 2 1 2 2 3 1 2 3 4 2 3 4 4

Chili - Cordillère de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à rérosion

5.2.3. Croisement des critères de concentration et d'agressivité : la srnsibitifé au rhellenzetzt (tableau 9)

Le croisernent ci-dessous tient compte des coefficients de pondération, déftnis par les agronomes chiliens ($ 5.2), qui donnent un poids plus important aux pentes (coefficient 2) et aux expositions (coefficient 2) qu'a la densité du réseau Iiydrographique (coefficient 1) et aux courbures (coefficient 1).

Tableau 9 : Codification de la sensibilité au niissellement

Ce croisement permet d'intégrer l'ensemble des critères extraits du MNT. Il s'agit d'une syntlièse morphologique pernettant de définir les surfaces les plus sensibles au missellement potentiel des eaux de pluies.

5.2.4. Croisement de la sensibilité au ruissellement et de la protection des sols par la végétation : la sensibilité potentielle des sols i'érosion

Agressivité

L'intégration fmale de la protection des sols par la végétation renforce le rôle prépondérant attribué à ce critère (coefficient 4 soit 40 %). Les observations sur le terrain montrent qu'une couverture très dense et surtout pérenne protège de façon optimale, et quasi systématiquement, des sols qui présentent par ailleurs des caractéristiques défavorables : fortes pentes, concavités, etc.

Concentration 1 2 3

1 2 3 4

Tableau 10 : Codification des classes de sensibilité ootentielle des sols

faible moyenne

forte très forte

faible Moyen Forte 1 1 l 1 2 2 2 3 3 3 4 4

Le résultat de ce croiselnent final est illustré par la figure 13 qui donne une vision régionale du phénomène.

Rapport BRGM R40812

Sensibilité au tuissel-

lement

1 - 3

3 4

Protection des sols 1 2 3 4

faible moyenne

forte très forte

forte moyen Faible Très faible 1 1 2 2 1 2 3 3 2 3 3 4 3 4 4 4

Chili - Cordillère de la C6fe - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B l'érosion

Légende

irbs forte moyenne

0 forîe faible

Figure 13 : Sensibilitépotentielle des sols à l'érosion 1995 (SPOïJ : analyse selon 5 critères de l'ensemble de la zone d 'Ptude

&va!+

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillére de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols B I'émsion

6. Incidence de la prise en compte des critères « courbure » et exposition » sur la définition de la

carte de sensibilité des sols à l'érosion

La carte de sensibilité des sols à l'érosion réalisée en 1995 à partir de la combinaison des trois critères ((protection des sols », cc pentes » et « densité de réseau d'écoulement » montre de larges plages rouges, signalant une très forte sensibilité à l'érosion sur une grande partie de la zone étudiée.

La prise en compte des deux nouveaux critères <i courbure de pente » , concave, neutre ou convexe, et « exposition », nord, nord-est et nord-ouesf est-ouest, sud-est, sud-ouest et sud, permet d'affiner cette représentation en détaillant notamment les grandes plages classées en zone de très forte sensibilité lors des études précédentes :

- la différenciation due à l'orientation des versants est très sensible au niveau des ensembles morphologiques dont l'orientation est-ouest est prédominante (fig. 14 : la région de Trehuaco),

- la différenciation due aux variations de courbure, au niveau des ruptures de pente(crêtes et bas de vallon) (fig. 15)

Ces deux représentations ont été comparées sur les 5 1 points visités sur le terrain :

- pour 25 d'entre eux, aucun changement n'est constaté, - pour 18 d'entre eux, le changement de classe est de 1 niveau, - pour 3 d'entre eux, le changement est de 2 niveaux.

Les 5 points restants sont hors classification (points de calage ou d'obsenration sur rivières)

Le tableau 11 reprend pour trois exemples les valeurs des différents critères des études 1995 (3 critères) et 1999 (5 critères) afin d'expliquer les éventuels changements de classes pour une même utilisation du sol :

Tableau 11 : Analvse de domlées terrain

Cette nouvelle représentation permet de mieux mettre en exergue les zones les plus sensibles au sein d'un environnement qui reste dans son ensemble très fragile. Cette nouvelle défmition du document

14

50


Orien- tation

Nord- Est

Point

1

Densité dtr

réseau I~ydro Forte

Blé

Blé

Cour- bures

Concave

Classi- Ficntion &rosiou

1995 Très forte

Occupa- tion

Blé

Pentes

Moyenne

Forte

Moyenne

Classi- f iention érosion

1999 Très forte

commentaires

Les deux critères complé- mentaires, défavorables,

Forte

Forte

Très forte

Très forte

Sud- est

Sud

Neutre

Neutre

Forte

Moyenne

confirment la classification initiale. L'orientation favorable justifie le changement de classe.

L'orientation très fnvo- rable combinée à une pente moins importante que pour le point 14 explique un changement de classe de 2 niveaux.

Chili - Cordillère de la Cdte - Cartographie de la sensibitité potentielle des sols à l'érosion

final aidera à mieux cibler les points les plus critiques et donc à défmir les priorités de l'aménagement ainsi qu'à optimiser les investissements nécessaires à réaliser dans la cadre d'un plrui d'aménagement et de restauration.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordil&re de la C6te - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols d l'érosion

Analyse intégrant 3 critères

Analyse intégrant 5 critères (1999)

*occupation du sol *pentes *densité du réseau d'écoulemen *orientation des versants *courbures des pentes

.- . . ; . - : . , . . i r t i . ,.,! ,.,. .. Résultat général : Les versants à composante nord gardent ou prennent une sensibilité très forte; Les autres versants sont classés avec une sensibilité forte à moyenne.

2'

(1995)

occupation du sol

Légende

trhs forte moyenne

n forte - faible

Chili - Cordillére de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols 9 l'érosion

Analyse intégrant 3 critères (1995) : *occupation du sol *pentes *densité du réseau d 'écoulement

Légende : sensibilité il 1 'érosion

Analyse intégrant 5 critères (1999) : *occupation du sol *pentes -densité du réseau d 'écoulement *orientation des versants

wès forte moyenne *courbureg des pentes

forte faible

Figure 15 : Comparaison des sensibilitcir calculées avec 3 puis 5 critères : Influence de la courbure des pentes

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillére de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols d /'érosion

7. Recommandations de pratiques agricoles en fonction des niveaux de-sensibilité

La carte du cadastre agricole a été superposée par les agronomes du SAG à la carte de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion. En effet, la précision obtenue permet de défnir les zones sensibles au Nveau des exploitations agricoles et de proposer des techniques agricoles appropriées et protectrices des sols. Le tableau ci-dessous reprend pour les quatre niveaux de sensibilité issus de l'étude les conseils adaptés à la gestion durable des sols, de l'eau et des cultures selon une stratégie de développement préalablement établie.

Ces conseils, qui ne peuvent être formulés qu'en s'appuyant sur une forte connaissance des moyens et des techniques susceptibles d'être mis en œuvre dans cette région, est le résultat de la seule expettise des agronomes chiliens participant au projet.

Tableau 12 : exemales de arooositions aour une gestion durable des terres aericoles

1 Sensibilité très 1 Sensibilité forte 1 Sensibilité [Sensibilité faible 1

Gestion des sols

Labour

Aussi dans les zones fortement accidentées et peu propices à l'agriculture (éloignement des voies de communication, sols peu fertiles, peu profonds, etc), la plantation de pins ou d'eucalyptus semble être la seule solution. Les pins, moins exigeants en eau sont plus facilement implantables. Les pratiques sylvicoles qui amènent une coupe totale avant replantation ne sont pas génératrices d'érosion si toutefois les résidus de la coupe sont laissés sur le sol. En effet, les systèmes racinaues laissés en place maintiennent les sols. La coupe est suivie d'un sous-solage, puis d'une nouvelle plantation.

Gestion des cultures

Gestion de l'eau

En zones agricoles, il est impératif de proposer aux agriculteurs des solutions leur permettant de vivre de leur activité. Aussi la culture, incluant l'irrigation lorsqu'elle est possible, et I'élevage doivent être au centre des propositions.

forte Rotation sur 10 ans avec cultures et pâturages

Le sernis direct a pour avantage de ne pas déstructurer le sol, en laissant la fraction de sol riche en matière organique (horizon AO) en surface. Combiné à une gestion efficace des eaux de ruissellement lorsque les pentes sont importantes, il permet de limiter efficacement les pertes en sols, tout en diminuant la quantité de travail sur un cycle cultural (nombre de passages moindre en comparaison avec un labour conditionnel nécessitant labour, hersage puis semis), tout en favorisant l'activité biologique du sol.

La gestion des eaux de ruissellement proposée par YINIA sur les parcelles à fortes pentes consiste en la réalisation de rigoles quasi parallètes aux courbes de niveaux, et ce tous les quatre ou cinq mètres. L'eau qui ruisselle sur une longueur maximale de 5 mètres n'aura pas atteint une puissance érosive sufftsante lorsqu'elle anivera dans la rigole. Elle pourra alors pénétrer dans le sol. Lorsque ce dernier

moyenne Rotation sur 5-6 ans avec cultures et pâturages

Forestation, contrôle des ravines


Rotation sur 3 ans

Semis direct 1 Semis direct ou labour vertical Cultures Pâturages

Labour conventionnel Cultures

Canaux d'irtigation parallèles aux courbes de niveau et recueil des eaux de ruissellement

Imgation et mesures d'infiltration artificielle (labours et sous-solage)

Chili - Cordillère de la Côte - Caffographie de la sensibilité potentielle des sols à i'érosion

sera saturé, le surplus s'écoulera lentement (rigoles presque parallèle z i une courbe de Riveau), pour être récupérée dans un collecteur aménagé afm de stocker les eaux dans une citerne. Ces dernières seront utilisées afin d'imguer des arbres fruitiers ou autres plantes nécessaires à l'exploitation (alimentation du bétail).

Ce dispositif, mis en place à coté du point de contrôle nO1 a permis de passer d'un rendement en blé de 7 quintauxkectare à un rendement de 41 quintauxka. Les sols, outre les fait qu'ils sont mieux protégés des risques d'érosion, bénéficient d'une meilleure infiltration des eaux de pluie dont bénéficie la culture en place.

Cependant le retour systématique d'une culture de blé va appauvxir le sol, tout en augmentant la probabilité de inaladies. Aussi une rotation culturale plus ou moins rapide basée sur une alternance pâturages - blé permettra aux sols de se restructurer, de s ' e ~ c h i r avec 1' implantation d'herbe.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Côte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à I'émsion

Conclusion

L'étude précédente réalisée à partir d'images SPOT a démontré l'intérêt de l'utilisation de la télédétection pour la cartograpliie des surfaces potentiellement sensibles à l'érosion et les suivi de leur évolution.

Dans la présente étude, l'intégration d'images ERS-SAR, sous forme d'image multidate, comme moyen de substiiution aux données optiques dans les zones a forte nébulosité a été testée. Il s'avère que la morphologie de colline de la région du Bio-Bio reste toutefois trop contrastée : lorsque les pentes excèdent 5 %, l'effet de la morphologie est prépondérant, par rapport à celui de l'humidité- rugosité, et rend très difficile voire impossible la cartographie de l'occupation du sol. De meilleurs résultats sont obtenus en région de plaine où les contrastes morphologiques sont inexistants, mais où la problématique érosion des sols est alors tout à fait limitée.

Parallèlement à cette approche deux nouveaux critères extraits du biNT ont été intégrés dans l'analyse multicritère : les courbures de pentes qui contrôlent la concentration du ruissellement et l'orientation des versants qui traduit l'influence des conditions climatiques locales. Le résultat obtenu, validé par des travaux de terrain, est une carte de sensibilité des sols à l'érosion plus précise qui permet de mieux guider les choix des responsables territoriaux et des décideurs chargés de défnir les nouvelles politiques d'aménagements agricoles durables.

Rapport BRGM R40812

Chili - Cordillère de la Cdte - Cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l'érosion

Bibliographie

Camec, C,, 1995c, Etude pilote ERS-1 - Potentiel d'application pour la cartographie des zones sensibles aux mouvements de terrains, programme AVALSAR-CNES, projet ESA PPINT3, Rapport BRGhf, R38336.

Company A., Beaudoin A., King C., Rakotohvony, 1995. Apport de l'imagerie SAR dans l'estimation de paramètres de mgosoté pour la modélisation des risques de missellement. Exemple d'un vignoble méditerranéen. Synrposizrnt IEEEICNES. Extraction de parantètres bio-gciophysiqzres à partir des données RSO pour les applications terrestres, Toulozise.

Company A., 1996. images SAR. Possibilités d'extraction d'un paramètre physique du ruissellement, la rugosité (Modélisation et Expérimentation). Thèse de doctorat, Université de Bourgogne

Delpont G., et al, 1991.- Regional evaluation of the vulnerability of soils to erosion in a mediterranean climate using Spot images and a digital elevation model: mdticriteria study by means of an image database. The example of the Reart Basin (Roussillon, S. France). Congres of the Etiropean Sociery for Soil Conservation (ESSC) "Soi1 erosion and degradation as a conse- quence of fores1 fire" Barcelona-Valencia (Spain).

Delpont G., Desprats J.F., Lagos M., Khune A., Rouzeau 0. 1994. Estudio por teledeteccion y SIG de la sensibilidad a la erosion en parte de la Cordillera de la Costa, region del Maule, Chile. Infortne BRGMNI 799

Delpont G., Desprats J.F., Lagos M., Scheu R., 1996. Evaluacion de la sensibilidad a la erosion por teledeteccion multitemporal y SIG en parte de la Cordiiiera de la Costa, region del Bio-Bio, Chile. Infornte BRGM NI2193

Desprats J.F., 1997. Metodologia de evaluacion de la sensibilidad a la erosion por teledeteccion multitemporal y SIG en parte de la Cordillera de la Costa, region del Bio-Bio - Chile. Rapport BRGM N2432

Deroin J.P., Legendre D., Simonin A. 1995, An empirical model for interprering the relationship between backscattering and arid land surface roughness as seen with the SAR, Proceeding CHES'IEEE, 593-602

Desprats J.F., Dutnrtre Ph, Carnec C., Stollsteiner Ph., Sahatsky A., Lyalko V.I., 1997. Utilisation combiiée des données ERSI et SPOT pour le suivi de la Zone i risques de Tchernobyl.. Rapport BRGILf N2494

K i C., Le Bissonnais Y., Benkhadra H., Tutrel R., 1995. Soil roughness assessment at a watershed scale using active microwave remote sensing. Intersest for assessing risk of m o f f and erosion. Symposiunt: "Extraction of biogeophysical parameters f iotn SAR data for land applications CNESS-IEEE 338-347

King C., Feybesse J.L., Remond A., Billa M., Rouzeau O., 1997. Auros. Utilisation d'images ROS pour i'exploration aurifère et la caractérisation des réservoirs. contrat CNES 0345. Rapport BRGM R39857.

Ivfaurizot P. (1994). Développement de quelques fonctions morphologiques i partir des bINT. Rapport BRGM N158 7

Rapport BRGM R40812

cartographie de la sensibilité potentielle des sols à l...

Documents