Risque environnementaux et ajustement d'un modèle numérique de terrain pour la maà®trise des risques d'inondation à Ouagadougou : cas du quartier Gounghin

CONCLUSION PARTIELLE

Les caractéristiques de la zone d'étude ne présentent pas de différences particulières comparativement à la commune urbaine de Ouagadougou. Les aspects physiques abordés révèlent un substratum géologique hétérogène, une pluviométrie très irrégulière et caractérisée par de fortes intensités au début des averses. La géomorphologie et la topographie montrent une surface plane d'altitude moyenne de 300m. Les sols et la végétation sont sous la dépendance des climats actuels et anciens, mais aussi du modèle et des matériaux sur lesquels ils se sont formés.

Sur le plan humain, il ressort que l'arrondissement de Baskuy dans lequel se situe le quartier Gounghin est peuplée et fortement urbanisé ; il offre un habitat structuré comprenant des bâtis à haut standing, de zones loties comportant des habitats à standing moyen à très bas. Les habitations de plus en plus modernes à matériaux définitifs tendent à faire place à l'utilisation de matériau tel que le banco ou le banco amélioré. L'installation anarchique des populations est également un des phénomènes observés dans la zone.

L'assainissement reste cependant un des problèmes majeurs dans le quartier. En effet, l'irrégularité du curage des canaux laissent apparaitre des canaux complètement obstrués par des comportements d'incivilité des populations.

La forte urbanisation, l'occupation anarchique et l'obstruction des canaux sont ici des signes avant coureurs de risques d'inondation à Gounghin. Il est alors important et nécessaire de déterminer les zones les plus vulnérables et les plus exposées aux risques d'inondation. Pour cela le modèle numérique de terrain semble l'outil privilégié.

LA DETERMINATION DES RISQUES

D'INONDATION À TRAVERS LE MNT

DEUXIEME PARTIE :

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CHAPITRE PREMIER : L'ELABORATION DU MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN

I - DEFINITION ET TYPE DE MNT UTILISE DANS LA MAITRISE DES RISQUES D'INONDATION A GOUNGHIN

Selon Charleux, (2001), il est nécessaire de se donner des outils tels que le MNT pour une cartographie du risque d'inondation.

I.1. Esquisse de définition du MNT

Le Modèle Numérique de Terrain (MNT), est une information numérique renseignant le relief de la surface topographique (Charleux, (2001). Il est également une représentation numérique du terrain en termes d'altitude. Il fournit des renseignements non seulement sur les formes du relief mais également sur leur position. Les procédés d'obtention des élévations sont divers : soit des levés sur le terrain, soit par acquisition d'images aériennes ou satellitaires optiques et radar avec des prises de vue stéréoscopiques (Hocine, et al 2007).

L'objectif du MNT est de décrire numériquement et le plus fidèlement possible une surface topographique. Pour modéliser la réalité du terrain, il faudrait une infinité de points (Baudemont, 1999 ; Polidori, 1995). Il faut donc choisir un nombre « adéquat » de point d'échantillonnage répartis de façon homogène dans l'espace. C'est à partir de ces échantillons significatifs que les logiciels informatiques élaborent au mieux le modèle (Hubert, 2001)

I.2. Les différents types de MNT

Il existe deux principaux modes de représentation de l'information topographique (Carter, 1988) : les modèles raster et vecteur.

I.2.1. Le MNT Raster

Le modèle raster est constitué d'une matrice d'altitude régulière dont chaque point porte une information d'altitude qui est considéré comme l'altitude moyenne de l'élément de surface (pixel). C'est une structure habituelle des MNT. De la dimension de la maille choisie découle la résolution spatiale planimétrique, la finesse du MNT et donc le volume du fichier des données. Ce modèle présente l'inconvénient d'occuper, par la redondance d'informations, un espace de stockage plus grand que les modèles TIN, mais présente l'avantage d'être un document plus soigné que le modèle TIN (Hubert, 2001 cité par Ghilardi, 2006).

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I.2.2. Le MNT vecteur

L'alternative à une représentation raster est une représentation vecteur par une couverture polygonale. Le plus souvent, pour le MNT, le paysage de la surface est réalisé sur la base de triangles, on parle de triangulation. Ces MNT sont le plus souvent construit à partir d'un semi de points irrégulier, dont la densité augmente avec la complexité du relief. Un tel découpage irrégulier reposant sur des triangles non recouvrant (dessellassions de triangle) est souvent appelé : TIN (Triangulated Irregular Network) 20.

Le TIN est constitué d'un semis de points cotés (x,y,z) qui constituent la métrique. Les points sont reliés par des lignes qui forment des triangles plans dont la propriété est de n'être jamais recoupés par un autre. Les triangles sont jointifs par leurs cotés et forment une surface continue (Hubert, 2001 cité par Ghilardi, 2006).

Dans le cadre de cette étude, nous conserverons le seul terme générique de MNT en spécifiant si nécessaire quelle est l'information altimétrique fournie par le modèle.

II - L'ELABORATION DU MNT POUR LA MAITRISE DES RISQUES D'INONDATION A GOUNGHIN

Cette phase consiste à la création et à l'implémentation de la base de données. Elle est surtout une phase d'utilisation des logiciels SIG et télédétection. Pour des questions de compréhension, nous exposerons en premier lieu le modèle conceptuel de données puis le cheminement de traitement des données cartographiques et enfin, nous présenterons la méthode d'analyse de la vulnérabilité globale et du risque.

II.1. Le Modèle Conceptuel de Données (MCD) pour le risque d'inondation

Une connaissance fine des phénomènes spatio-temporels et dynamiques est nécessaire pour les applications spatiales en vue de leur modélisation en SIG. Ainsi, la description précise des objets, de leurs caractéristiques et des relations spatiales entre objets spatiaux permet de saisir le phénomène des inondations (cf. figure n°5).

²⁰ http://www.craig.fr/transfert/tlc_fiche_tech.php?ID=23, consulté le 23/03/2011,

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Figure n°5: Le Modèle Conceptuel de Données sur le risque des inondations par ruissellement Source : Hangnon. 2009.

Le modèle conceptuel de données sur le risque pluvial élaboré par Hangnon (2009), décrit les différents types de données du milieu physique et humain et les relations logiques existant entre elles à Ouagadougou. La combinaison des différentes entités du modèle a servi à déterminer un zonage du risque dans notre zone d'étude.

II.2. La caractérisation du risque d'inondation à travers le traitement cartographique

D'une manière générale le traitement cartographique a consisté en une caractérisation séparée par approche cartographique de l'aléa et de la vulnérabilité, puis à leur croisement pour avoir la carte des risques d'inondation. La démarche générale est résumée dans la figure n°6.

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Figure n°6 : Démarche méthodologique adoptée pour l'identification des zones à risques d'inondation

II.3. Le World Geodetic System 84 comme système de projection de référence

Le WGS 84 a été utilisé dans le cadre de cette étude comme système de projection de référence du Système d'Information Géographique et du Model Numérique de Terrain.

Le système de projection UTM WGS 84 disponible sur l'ensemble des récepteurs GPS (Global Positioning System) sera le système de projection de référence pour l'élaboration du Système d'Information Géographique et la construction du Modèle Numérique de Terrain.

II.4. La numérisation de la carte topographique

La carte topographique utilisée dans le cadre de cette étude est celle au 1 : 50 000^e de l'IGB. Elle a fait l'objet de numérisation par l'IGB et a été mise à la disposition du laboratoire de SIG du département de géographie à l'Université de Ouagadougou. Les courbes de niveaux acquise au laboratoire ont fait l'objet de re-projection dans le système de projection UTM WGS 84-Zone 30N, afin de les rendre conforme aux données collectées sur le terrain.

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II.5. L'utilisation des données relevées au GPS dans la réalisation du MNT

L'intersection des courbes de niveaux avec les limites de la zone d'étude montre des écarts d'environs 10 mètres entre chaque courbe de niveaux. Ces écarts sont importants et ne sont pas favorables à une bonne réalisation du MNT. Ce constat nous a donc amené à utiliser les données altimétriques GPS (GARMIN eTrex H, eTrex Vista et GARMIN GPS Map 60Cx) obtenues lors de notre sortie terrain et ceux collectées au MHU pour la réalisation du MNT. Les données récupérées au MHU sont celles du troisième projet urbain de la ville de Ouagadougou. Elles ont été prise par le projet dans le cadre du bitumage et la réalisation des canaux (secondaires et primaire) dans certains quartiers de la ville notamment Gounghin.

Les points du MHU étaient compatibles aux levés que nous avons effectués sur le terrain. En effet, les points collectés étaient en projection UTM Zone 30N. Cependant des recoupements ont également eu lieu afin de se rassurer de la compatibilité de ces données avec celles que nous avons levées lors de notre sortie terrain. Des sites identifiables tels que le siège de l'Institut National de l'Environnement et de la recherche agricole basé à Gounghin, le pont Kadiogo, le bâtiment kaïzer, les abords du canal primaire, les points d'installation des bornes de délimitation des zones inondables, etc., ont été identifiés. Nous avons également entré ces données dans les GPS (GARMIN GPS Map 60Cx, GARMIN eTrex H, eTrex Vista) que nous possédions et tenté de retrouver ces points et voir si ils sont effectivement dans notre zone d'études et si les paramétrages de levés étaient conforme à ceux que nous avons effectués lors de nos levés GPS des canaux d'évacuation des eaux pluviales du quartier. La compatibilité ayant été avéré et les points de recoupement vérifiés nous avons alors procédé à l'intégration des données dans les logiciels pour les différentes manipulations.

II.5.1. L'intégration des données relevées au GPS dans le logiciel ArcView 3.2.

Au total 794 points (élévations) ont été intégrés dans le MNT. Ces points sont à la fois ceux obtenus lors du levé des caniveaux, ceux obtenus au MHU et les levés effectués au GPS pour la collecte de données altimétrique.

Avant de pouvoir directement importer sous Arcview le fichier de type Excel (*.xls) contenant l'intégralité des relevés, il fallu effectuer un travail préalable de conversion des fichiers, c'est-à-dire, passer de fichier de type Excel en fichier de forme (Shape file).

?1° Etape : les données ont été transférées du GPS à l'ordinateur avec le logiciel DNR Garmin. (Version 5.1.1)²¹. Le GPS avait auparavent été configuré en UTM (cf. figure n°7).

²¹ Téléchargé sur le site : http://gps-software-hub.com/2008/06/download-dnr-garmin-application-to-transfer-data.html, consulté 15/03/2011

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Figure n°7 : Transfert de donnée du GPS au logiciel DNR Garmin

?2° Etape : affichage des données sous Excel des coordonnées en degrés décimaux (Latitude, Longitude) et en UTM (projection X et Y) et de l'Altitude en mètre (m) (cf. figure n°8).

Figure n°8 : Affichage des coordonnées GPS sous Excel 2007.

?3° Etape : on isole les coordonnées projetée en UTM, dans un classeur Excel que l'on enregistre au format Excel 97-2003. On donne le nom de « altimétrie_z²² » au classeur crée, et on l'importe ensuite sous le logiciel Stat/Transfer²³.

²² Nom attribué à notre fichier de travail.

²³Téléchargé sur le site : http://www.stattransfer.com/downloads/windows_mac_linux_downloads.html, consulté 15/03/2011

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Le classeur Excel enregistré est importé (Input File Type) dans le logiciel Stat Transfert et converti en fichier dBASE IV or Compatible (Output File Type). Le fichier est ensuite transféré en fichier avec extensions de type *.dbf. (cf. figure n°9).

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1

2

Figure n°9 : Conversion du fichier Excel sous Stat/Transfer

?4° Etape : l'insertion des données GPS sous Arcview se fait de la manière suivante : après le transfert du classeur Excel en dbf, il est ouvert sous Arcview. Dans « Tables », choisir l'option « Add ». Rechercher dans le disque dur le fichier « altimétrie_z » et l'ouvrir. Nous pouvons constater que nous avons les données en UTM (X Y) et les altitudes, qui seront utilisés pour le MNT. (cf. figure n°10).

Figure n°10 : Visualisation de la table au format DBF sous Arcview

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?5° Etape : la visualisation des données altimétriques sur le fond cartographique du SIG se fait de la façon suivante : Dans « View », on a sélectionné l'option « Add Event Theme », une fenêtre s'ouvre proposant automatiquement une des tables déjà crée sous Arcview : nos choisissons le fichier « altimétrie_z », dans le menu déroulant de « Table ». Aux champs « Champ X » et « Champ Y » sont associées les coordonnées en X et Y (cf. figure n°11).

Figure n°11 : Insertion des coordonnées GPS sous ArcView

?6° Etape : la visualisation des relevés GPS se fait automatiquement sous Arcview ; le logiciel replace sur le fond cartographique géoréférencé en WGS 84, l'ensemble des points relevés au GPS en WGS_1984_UTM_zone 30N.

?7° Etape : Les données (fichier de type dbf.) sont ensuite converties en fichier de forme (Shape File), sous Arcview de la manière suivante : sélectionner le thème « altimétrie-z », en suite «Theme ». Dans le menu déroulant sélectionner « Convert to Shapefile » et enregistrer le nouveau fichier dans votre répertoire (cf. figure n° 12).

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Figure n°12 : Conversion de fichier dbf en Shapefile

II.5.2. L'intégration des données relevées au GPS dans le logiciel ArcGis 9.3.

Tout comme les données altimétriques, les levés des canaux au GPS ont été transférées sous Arcview et convertis en fichier de forme (Shape file) et importé sous ArcGis 9.3.

?1° Etape : les données relevées (caniveaux) sont importées sous ArcGis 9.3, pour être ensuite numérisées (joint selon leur appartenance à la même rue et leur proximité les uns des autres). La numérisation est faite conformément à la grille d'observation faite sur le terrain. (cf. figure n°13).

Figure n°13 : Numérisation du levé des caniveaux au GPS

?2° Etape : après la numérisation des caniveaux, nous superposons à cette couche, la couche du parcellaire (trame) de notre zone d'étude « cliper »²⁴ sur la BDU de l'IGB. Cela nous permet d'obtenir uniquement le parcellaire du quartier Gounghin.

²⁴ Technique en SIG qui permet d'extraire une zone voulue sur une surface plus vaste.

La superposition des différentes couches (canaux, parcellaire, canal, cours d'eau) permet d'observer le positionnement des canaux dans le quartier Gounghin. (cf. figure n°14).

Figure n° 14 : Superposition des canaux sur le parcellaire de Gounghin

?3° Etape : pour vérifier l'exactitude de nos levés, nous les avons superposés à l'image satellitaire²⁵ de la ville de Ouagadougou. Cette superposition permet de vérifier l'exactitude du positionnement des canaux et de la précision des levés GPS.

Les levés GPS ont permis de procéder à l'analyse spatiale, c'est-à-dire, la réalisation du MNT et des cartes nécessaires à une meilleure compréhension et à la maîtrise des risques d'inondation à Gounghin.

III - ANALYSE SPATIALE DES DONNÉES LEVÉES AU GPS DANS LA REALISATION DU MNT

Le traitement cartographique rend possible les analyses spatiales par l'exploitation des différents fichiers de formes réalisés.

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²⁵ Image satellite Quickbird panchromatique d'une résolution spatiale de 60 cm, acquise au MHU.

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III.1. La réalisation du Modèle Numérique de Terrain (MNT)

Le MNT a été généré à partir de l'ensemble des points GPS (levés et noeud acquis au MHU). L'outil `'3D Analyst» de ArcGIS 9.3 a permis de faire les calculs d'interpolations pour la création du MNT. La figure ci-dessous montre le processus de génération du MNT.

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1

3

4

2

Figure n°15 : Etapes de création d'un MNT à partir des points levés au GPS

Au niveau de l'étape 3, après avoir coché la couche `'altimétrei_z_plus», vérifier que ses paramètres à l'étape 4 sont bien sélectionnés (Height source = altitude ; Triangulate as = mass points et Tag value field= altitude). A l'étape 5, le répertoire de destination est identifié. Le MNT ainsi obtenu servira à régénérer les courbes de niveaux d'équidistance différentes.

Régénération des courbes de niveaux

Les courbes de niveaux régénérés permettent de combler la mauvaise densité des points GPS. Il faut cependant noter que cette étape vient également combler les espaces assez grands (10 mètres) entre les courbes de niveaux de la carte topographique au 1/50000 de la ville de Ouagadougou. La figure ci-dessous montre le processus de régénération des courbes de niveaux à partir du MNT (TIN) existant.

MNT

1

2

7 8

5

4

6

3

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Figure n° 16 : Etapes de création des courbes de niveaux à partir du MNT (TIN)

Au point 3 « Input surface » nous insérons le MNT déjà réalisé. À l'étape 4 « Contour interval », nous avons marqué la valeur de l'équidistance souhaitée (1 pour un (1) mètre et 0,5 pour cette distance). Le point 5 « Output features » nous donne la destination (fichier de sauvegarde) des courbes de niveaux crées. L'étape 7 et 8 sont respectivement les courbes de niveaux de 1 mètre et de 0,5 mètre qui ont été crées.

Les courbes de niveaux crées servirons à affiner le MNT pour la réalisation de la carte des pentes.

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III.2. Le calcul des pentes du terrain

Les pentes sont générées à partir du MNT, la procédure de création des pentes se présente comme suit :

MNT 1

2

3

4

5

6

7

Figure n°17 : Etapes de création des pentes du terrain

Les pentes obtenues ont été ensuite reclassées en quatre classes de la manière suivante :

- les pentes entre 0% et 0,15% seront dans la classe `Très faible'

- les pentes entre 0,15% et 0,95% seront dans la classe `Faible'

- les pentes entre 0,95% et 5% seront dans la classe `Moyenne'

- les pentes au delà de 5% seront dans la classe `Forte'.

La vulnérabilité de la morphologie du terrain sera déduite de la carte des pentes et des zones

basses.

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III.3. La conversion et la reclassification du MNT

Le MNT créé possède 9 classes d'altitudes, il est reclassé en quatre classes. Le MNT de TIN

(Triangulated Irregular Networks) obtenu est ensuite converti en MNT de type RASTER à

l'aide de l'outil « 3D Analyst » de la manière suivante :

- « 3D Analyst » puis « Convert » puis « TIN to Raster... » ;

- remplir la boite de dialogue puis faire « OK ».

Après la conversion, le MNT est ensuite reclassé en quatre classes à l'aide de l'outil « 3D

Analyst » comme suit :

- « 3D Analyst » puis « Reclassify... » ;

- choisir le Fichier (Input file) et le champ des valeurs à reclasser (Reclass field) ;

- cliquer « Classify... » et entrer les nouvelles bornes puis faire « OK » ;

- dans la colonne « New value » entrer des valeurs entières (1 à 4) pour coder les

classes ;

- dans « Out put » parcourir et entrer le nom du fichier de sauvegarde dans un répertoire

puis faire « OK » ;

Cette manipulation permet de déterminer les zones basses et la dénivelée entre les zones. Elle

permet également de conforter l'analyse sur la morphologie et la pente du terrain.

III.4. La réalisation de la carte des points d'obstruction des canaux de drainage

La carte à été obtenue grâce au transfert des levés GPS des points d'obstruction sur les canaux dans la zone d'étude. Les points d'obstruction sont les parties (points) des canaux qui présentent des obstructions au passage des eaux. Lors d'un ruissellement, l'eau ne peut s'écouler parfaitement suivant son sens d'écoulement, elle est donc contrainte de déborder du canal et de s'étaler dans les parcelles environnantes.

III.5. Le processus d'élaboration de la carte des enjeux

La carte à été élaborée par numérisation (logiciel ArcGis 9.3) des différents investissements

humains, de la végétation ou du type de surface. La carte des enjeux permet de montrer la

distribution spatiale des implantations humaines. Les objets retenus sont:

- habitation ;

- industrie (zone industrielle) ;

- équipements (école, stade, service, marché, commerce);

- végétation ou sol (espace vide ou portion de végétation et terrain de sport).

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Cette carte permet de montrer les investissements qui sont situés dans les zones les plus basses du quartier Gounghin. Les différentes gares routières de Gounghin sont situées dans des parcelles précédemment destinées à l'habitation. Le quartier ne présente pas d'espace identifié en tant que gare routière. Les différentes compagnies sont dispersées dans les zones d'habitation du quartier. Les gares n'étant pas perceptible sur l'image satellitale, elles ont été assimilées à la zone d'habitation.

III.6. L'élaboration de la carte des niveaux de vulnérabilités au risque d'inondation à Gounghin

La carte de vulnérabilité du terrain est obtenue par superposition des couches de la trame d'occupation (parcellaire) à celle des zones basses et de la délimitation des zones situées à moins de 200 mètres du canal primaire (portion du canal du Moro Naba aménagé et non aménagé)²⁶. Cette carte permet de déterminer les zones vulnérables du fait de leur situation topographique et de leur proximité du canal primaire ainsi que de la densité des points d'obstruction des canaux.

III.7. La réalisation de la carte des risques d'inondation

Cette carte à été obtenue par superposition de la carte de vulnérabilité et la carte des enjeux du quartier, ainsi que celle des points d'obstruction des canaux. Cette superposition permet de constater que les investissements les plus vulnérables se situent dans les zones les plus basses de Gounghin. La superposition à ces couches, des couches les plus basses du quartier fait ressortir les zones potentiellement exposées aux risques d'inondations.

²⁶ Le canal du Mora Naba d'une longueur total de 7100m est aménagé sous forme de canal sur les derniers 3800 m

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