apport de géotraitement de risque érosif u bassin de versant TAFNA par ArcGis.pdf

Présenté par
ZOUBIRI Zouheir
KOUL Khaled
Pour l’obtention du
Diplôme d’Ingénieur d’État en Sciences Géodésiques et Travaux
Topographiques
Option : Génie civil
Apport du géotraitement à la cartographie du risque
érosif – Application au BV de la Tafna
Soutenu en juin 2015 devant le jury :
M. BENMOHAMED Mohamed Maître de Recherche Président
M. CHIKH Mohamed Chargé de Recherche Examinateur
M. KEBIR Lahcene Chargé de Recherche Examinateur
M. DEHNI Abdellatif Chargé de Recherche Promoteur

I
DEDICACE
C’est avec l’aide de tout puissant que j’arrive à terminer ce modeste travail que
Je dédie a :
Ma très chère mère, pour ses sacrifices tout au long de ma vie, et qui guidé à
terminer mes études
Mon cher père (Slimane) le guide affectueux et attentif une reconnaissance pour
son soutien moral et pour tous les charge assurés au cours de ces longues années
Mon frère Toufik et mes sœurs
A toute ma grande famille
Ma grand-mère, mes oncles, Mes tantes et surtout Malika
Mon oncle Taher et sa femme Zohra Qu'elle repose en paix, Mes Cousins : Hakko
Saber, Ramzi, Mourad, khamissi, Arredjani
Mon binôme et sa famille
Mes meilleurs amis chacun par son nom : Mohamed Lameri, Ahmed Djkhrabe,
Idriss et Ramzi Hammani, Saddam., Smail, Khaled, Walid, Hicham, Amin,
A toute la promotion 2015 du CTS
Tous ceux qui m’ont encouragé de près ou de loin
Zoubiri Zouheir
I

I
DEDICACE
C’est avec un grand honneur que je dédie ce travail à ceux qui ont su
m’élever, qui ont donné le bonheur de la vie m’ont guidé vers le bon chemin…
A mon père qui m’a toujours soutenu à affronter les difficultés.
A toi ma chère mère, qui guidée mes pas d’enfance et veillée sur l’homme qui
montait, toi dont l’affection ne m’a pas fait défaut, car toujours là je crois que
l’on est jamais
Grand pour dire simplement merci pour toute mère.
A mes chers frères Mohamed, Salah, Abbas,
A mes sœurs Amra, Meriem Souhila, Amina Serin,
A tout ma grande famille
Mon binôme et sa famille
A tous mes amis particulièrement Omar GUASSAB, Mohammed BENZERGA,
Ali MESSIKINE, Ahmed HAROUACHE, Mohammed RAZAZI, Ahmed
SIBOUAZZA
A toute la promotion 2015 du CTS
Koul Khaled
II

I
REMERCEMENTS
Nous adressons toute notre gratitude à ALLAH tout
puissant, qui nous a donné la force, le courage et la patience d’accomplir toutes
ces années d’études.
Nos sincères remerciements s’adressent à l’ensemble du personnel du Centre des
techniques spatiales, qui nous a offert un environnement propice à la mise en
œuvre de ce modeste projet.
A Mr A.DEHNI, nous exprimons toute notre gratitude pour l’encadrement que
vous nous avez assuré.
Une vive reconnaissance s’impose pour ceux qui ont su nous guider et nous
éclairer de leurs éminents conseils tout au long de ce travail, à A Mr M.CHIKH
A Mr DJILLALI. A pour sa confiance et à Mme BENCHELEF DJAMILA
pour son aide
Mr DJILLALI. A qui a su nous prêter oreille attentive et conseils avisés.
Nous remercions par la même occasion, les membres du jury (CHIKH Mohamed,
BENMOHAMED Mohamed, KEBIR Lahcene) de nous avoir fait honneur en
acceptant de juger notre travail.
Nous tenons aussi à exprimer notre gratitude :
A tout le personnel du département de formation et de la Division du Système
d’Information à Référence Spatiale pour leur contribution dans notre cursus.
Cette partie ne saurait être des remerciements, si nous ne citons pas certaines
personnes qui ont su être présentes lors du besoin : A nos amis collègues et frères
qui ont été présents tout au long de notre parcours. A toutes les personnes ayant,
de près ou de loin participé à l’aboutissement de ce travail.
Zoubiri & Koul
III

I
Résumé
Notre travail s’articule particulièrement sur l’utilisation du géotraitement vectoriel et
matriciel pour l’évaluation multicritère du risque érosif dans le bassin versant de la Tafna.
Cependant, une approche alternative aux indices morphométriques s’avère pertinente pour une
problématique décisionnelle notamment dans l’aménagement, la gestion et la conservation des
sols contre les phénomènes subséquents liés à l’envasement des retenues, des barrages et de
l’infrastructure hydraulique en général. Néanmoins, ce travail a nécessité une réflexion quant à la
taille importante du bassin étudié, sa morphométrie hétérogène, sa représentativité en termes
d’échelle puisque l’érosion par ravinement et en rigole demande une échelle beaucoup plus fine
pour leur détermination et leur spatialisation numérique. Notre application à travers les
prototypes ou modèles de géotraitement du risque érosif potentiel et par ravinement requiert une
importance particulière notamment les indices morphométriques clés constituant un outil d’aide à
la décision, planification et la conservation des sols contre l’envasement des barrages.
Une phase de validation a été vérifiée suite à l’intégration de données bathymétriques des
retenues et des barrages afin de confronter les résultats obtenus tant synthétiques et subjectifs
avec les modèles empiriques comme celui des pertes en sols « USLE ». Divers indices
morphométriques et de sédimentation/érosion couplés avec des données hydrométriques nous ont
permis d’évaluer les apports annuels et saisonniers pour le suivi de l’érosion en nappe et linéaire
conjointement pour leur degrés de sévérité du risque érosif. Les résultats mentionnés dans ce
mémoire sont encourageantes vis-à-vis du géotraitement automatisé pour une problématique
difficile et complexe telle que l’érosion des sols qui demande une attention particulière de par la
qualité des données d’entrée introduites, des chaînes de traitements sur le « MNT » notamment
l’algorithmique des flux utilisée pour l’évaluation multifactorielle du risque érosif hydrique en
général et celui du ravinement en particulier.
Le géotraitement hydro topographique a permis de mettre en place une approche
cartographique automatisée des principaux composants du risque érosif à savoir l’érosion
hydrique, le transport des sédiments, la sédimentation sur les reliefs, la sédimentation dans les
talwegs, les débris d’écoulement, la concentration des écoulements et enfin leur segmentation à la
sensibilité à l’érosion. Ces prototypes ou modèles de géotraitement sont facilement intégrables
dans un SIG de type boites à outils personnalisables, configurables, communicables entre divers
plateformes SIG et en réseau et généralisables sur n’importe quel bassin versants du territoire
national.
Mots clés : Géotraitement vectoriel/matriciel, MNT, bassin versant, érosion en nappe, érosion
linéaire, indices morphométriques, risque érosif, sédimentation, apports annuels, carte
multifactorielle, sensibilité à l’érosion.
IV

I
Liste des tableaux
TABLEAU 1 : AVANTAGES ET CONTRAINTES DES DEUX MODES DE REPRESENTATION VECTEUR-RASTER.........................6
TABLEAU 2 : OPERATIONS DE GEOTRAITEMENT VECTORIEL............................................................................................9
TABLEAU 3 : SCIENCES ET TECHNIQUES ET LEURS DOMAINES D’APPLICATION..............................................................15
TABLEAU 4 : CLASSIFICATION GRANULOMETRIQUE DES PARTICULES ...........................................................................32
TABLEAU 5 : CARACTERISTIQUES DE FORME DES UNITES HYDROLOGIQUES DE LA TAFNA............................................35
TABLEAU 6 : PARAMETRES MORPHOMETRIQUES DES PRINCIPALES UNITES HYDROLOGIQUE DE LA TAFNA ...................37
TABLEAU 7 : RESULTAT DE CALCUL DE LA PENTE MOYENNE DU SBV DE TAFNA .........................................................38
TABLEAU 8 : REPARTITION HYPSOMETRIQUE DU BASSIN-VERSANT ISSER-SIKKAK (1607)............................................38
TABLEAU 9 : NATURE DE RELIEF DES SOUS BASSINS VERSANTS DE LA TAFNA SELON L’INDICE « IG » ET « DS »..........39
TABLEAU 10 : CLASSIFICATION DU RELIEF SELON « IG » PAR L'ORSTOM ...................................................................40
TABLEAU 11 : CLASSIFICATION DU RELIEF SELON « DS » PAR L'ORSTOM ..................................................................40
TABLEAU 12 : RESULTATS DE CALCUL DE LA LAME RUISSELEE ET L’APPORT LIQUIDE DU BV DE LA TAFNA ................41
TABLEAU 13 : RESULTATS DE CALCUL D’APPORT SOLIDE DU BASSIN-VERSANT DE LA TAFNA......................................41
TABLEAU 14 : INDICES D’EROSIVITE DES PLUIES SUR LA PERIODE D’OBSERVATION (1961-2014) .................................43
TABLEAU 15 : GRILLE D’INTERPRETATION DE L’INDICE D’ARNOLDUS D’APRES NAHAL, 1984...................................44
TABLEAU 16 : INDICE D’ARNOLDUS DES DIFFERENTS BARRAGES DU BV - TAFNA........................................................45
TABLEAU 17 : INDICE D’EROSIVITE SAISONNIERS DE BV TAFNA (1961-2014)..............................................................45
TABLEAU 18 : DEGRADATION SPECIFIQUE DU RISQUE EROSIF DANS LES BARRAGES DE TAFNA ....................................47
TABLEAU 19 : CODE DES PERMEABILITES DES DIFFERENTES FACIES [SOURCE: ADAPTE PAR (STONE & HILBORN, 2000)
.............................................................................................................................................................................49
TABLEAU 20 : GRILLE D’INTERPRETATION D’ERODIBILITE D’APRES (WISCHMEIER, 1974) ...........................................50
TABLEAU 21: FACTEUR « C » POUR LES CLASSES D’OCCUPATION DU SOL....................................................................52
TABLEAU 22 : FORMULES DE GEOTRAITEMENT DES INDICES MORPHOMETRIQUES CLES................................................54
TABLEAU 23 : VARIATION DE (P) EN FONCTION DES PRATIQUES ANTIEROSIVES (SMITH, 1965) ....................................55
TABLEAU 24: VARIATION DES INDICES MORPHO-METRIQUES (TWI, STI, SPI) SUR LES SBV DE TAFNA.......................69
TABLEAU 25 : CLASSIFICATION DE LA SENSIBILITE A L’EROSION PAR L’INDICE « TWI »..............................................71
TABLEAU 26 : CLASSIFICATION DE SENSIBILITE A L’EROSION SELON L’INDICE « STI ».................................................72
V

I
Liste des figures
FIGURE 1 : REPRESENTATION D’UN SITE GEOGRAPHIQUE A TRAVERS UN ENSEMBLE DE COUCHES THEMATIQUES ..........3
FIGURE 2 : COMPOSANTS D’UN SIG ................................................................................................................................3
FIGURE 3 : FONCTIONNALITES D’UN SIG ........................................................................................................................4
FIGURE 4 : EXEMPLE DE DONNEES RASTER .....................................................................................................................5
FIGURE 5 : EXEMPLE DE DONNEES VECTORIELLES. .........................................................................................................5
FIGURE 6 : CONVERSION DUELLE : RASTER-VECTEUR....................................................................................................5
FIGURE 7 : EXEMPLE DE MODELBUILDER .......................................................................................................................7
FIGURE 8 : FENETRE ARCTOOLBOX ................................................................................................................................8
FIGURE 9 : FENETRE CALCULATRICE RASTER................................................................................................................11
FIGURE 10 : CYCLE DE L’EAU........................................................................................................................................16
FIGURE 11 : BASSIN-VERSANT.......................................................................................................................................16
FIGURE 12 : COURBE HYPSOMETRIQUE .........................................................................................................................18
FIGURE 13 : DENIVELEE SUR LA COURBE HYPSOMETRIQUE...........................................................................................19
FIGURE 14 : HIERARCHISATION DU CHEVELU HYDROGRAPHIQUE .................................................................................20
FIGURE 15 : PROFIL EN LONG D’UN COURS D’EAU .........................................................................................................21
FIGURE 16 : INTERPOLATION TIN A PARTIR DES COURBES DE NIVEAU ..........................................................................22
FIGURE 17 : VUE PERSPECTIVE D’UN MNT RASTER ......................................................................................................23
FIGURE 18 : MODE DE REPRESENTATION DU MNT........................................................................................................24
FIGURE 19 : EROSION PAR RAVINEMENT .......................................................................................................................27
FIGURE 20 : DIAGRAMME DE HJULSTROM.....................................................................................................................29
FIGURE 21 : SITUATION GEOGRAPHIQUE DU BASSIN-VERSANT TAFNA........................................................................35
FIGURE 22 : EXEMPLE DE CALCUL AUTOMATISE DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE (MODELBUILDER).............................36
FIGURE 23 : CARTE DE RESEAU HYDROGRAPHIQUE DE BV DE TAFNA...........................................................................36
FIGURE 24 : COURBE HYPSOMETRIQUE DE SBV ISSER-SIKKAK (1607).........................................................................39
FIGURE 25 : ORGANIGRAMME D’ELABORATION DE PERTE EN SOLS PAR MODELE WISCHMEIER ....................................42
FIGURE 26 : CARTE D’EROSIVITE DES PLUIES DU BV DE LA TAFNA PAR METHODE D’ARNOLDUS .................................44
FIGURE 27 : HISTOGRAMME DE L’INDICE D’EROSIVITE MOYENNE SAISONNIER DE BV DE TAFNA DE PERIODE
D’OBSERVATION ALLANT DE 1961 A 2014............................................................................................................46
FIGURE 28 : CARTES D’EROSIVITE DES PLUIES SAISONNIERES : ISSER-SIKKAK..............................................................47
FIGURE 29 : HISTOGRAMME DE DEGRADATION SPECIFIQUE DANS LES DEFERANT BARRAGES DE TAFNA.......................48
FIGURE 30 : CARTE LITHOLOGIE DE BV ISSER-SIKKAK.................................................................................................49
FIGURE 31 : CATRE D’ERODIBILITE DE BV ISSER-SIKKAK ............................................................................................50
FIGURE 32 : CARTE D’OCCUPATION DE SOLS DE BV ISSER-SIKKAK ..............................................................................51
FIGURE 33 : CALCUL AUTOMATISE DE L’INDICE « NDVI » DU SBV 1607 SOUS MODELBUILDER.................................51
FIGURE 34 : CARTE DE FACTEUR "C" COUVERTUR VEGETALE DU SBV 1607 D’ISSER-SIKKAK .....................................52
FIGURE 35 : CALCUL AUTOMATISE DE L’INDICE «IB » DU SBV 1607 SOUS MODELBUILDER........................................53
FIGURE 36 : CALCUL AUTOMATISE DE SENSIBILITE DU SBV 1607 SOUS MODELBUILDER ............................................53
FIGURE 37 : CARTE DE SENSIBILITE DES ETATS DE SURFACE A L'EROSION DU SBV D’ISSER-SIKKAK............................54
FIGURE 38 : CARTE DE L’INDICE LS DANS LE SBV D’ISSER-SIKKAK DE TAFNA............................................................55
FIGURE 39 : CALCUL AUTOMATISE DE FACTEUR ANTIEROSIF (P) SOUS MODELBUILDER .............................................55
FIGURE 40 : CARTE DE FACTEUR ANTIEROSIF « P » SELON CONTOURING D’ISSER-SIKKAK ..........................................56
FIGURE 41 : CALCUL AUTOMATISE D’INDICE « SDR » SOUS MODELBUILDER ..............................................................57
FIGURE 42 : CARTE D’INDICE DE RAPPORT DES SEDIMENTS « SDR » DU 1607 D’ISSER-SIKKAK...................................57
FIGURE 43 : CALCUL AUTOMATISE DE PERTE EN SOL PAR MODEL DE WISCHMEIER ......................................................58
FIGURE 44 : CARTES DES PERTES EN SOLS ANNUELLE: BV TAFNA /SBV ISSER-SIKKAK...............................................59
FIGURE 45 : CARTES DES PERTES EN SOLS SAISONNIERES : ISSER-SIKKAK ....................................................................60
FIGURE 46 : CARTES DE MNT ET MNT 3D DE SBV D’ISSER-SIKKAK ..........................................................................61
FIGURE 47 : ORGANIGRAMME POUR ELABORATION LES INDICES MORPHOMETRIQUES DE 1ER ORDRE...........................62
FIGURE 48 : FENETRE DE ETABLIR LA CARTE DE PENTE SOUS ARCGIS..........................................................................62
FIGURE 49 : LES CARTES DE PENTES BV TAFNA ...........................................................................................................63
FIGURE 50 : CARTES ORDRE ET DE DIRECTION D’ECOULEMENT DE BV DE TAFNA........................................................64
FIGURE 51 : CARTE COURBATURE EN PLANE DE BASSIN-VERSANT DE TAFNA ...............................................................64
VI

I
FIGURE 52 : ORGANIGRAMME DE DETERMINATION DU RISQUE EROSIF EN FONCTION DES INDICES MORPHOMETRIQUES
(TWI, STI, SPI, DFTI, IA, ID, IR) .......................................................................................................................65
FIGURE 53 : EXEMPLE DE CALCUL AUTOMATISE DE L'INDICE « TWI » (MODELBUILDER)............................................66
FIGURE 54 : CARTE D’INDICE D’HUMIDITE TOPOGRAPHIQUE.........................................................................................66
FIGURE 55 : EXEMPLE DE CALCUL AUTOMATISE DE L'INDICE « STI » (MODELBUILDER)..............................................67
FIGURE 56 : CARTE D’INDICE DE TRANSPORT DES SEDIMENTS« STI » DE BV DE LA TAFNA .........................................67
FIGURE 57 : EXEMPLE DE CALCUL AUTOMATISE DE L'INDICE « SPI » (MODELBUILDER)..............................................68
FIGURE 58 : CARTE DE « SPI » DE BASSIN-VERSANT DE TAFNA ....................................................................................68
FIGURE 59 : CARTE DE L’INDICE MORPHO-METRIQUES « DFTI » DE BASSIN-VERSANT DE LA TAFNA ...........................69
FIGURE 60 : CALCUL AUTOMATISE DE L'INDICE DE RAVINEMENT EROSION/DEPOSITION (MODELBUILDER).................70
FIGURE 61 : CARTE D'INDICE DE RAVINEMENT PAR EROSION/DEPOSITION.....................................................................70
FIGURE 62 : CALCUL AUTOMATISE DE SENSIBILITE A L’EROSION SELON L’INDICE « TWI »..........................................71
FIGURE 63 : CARTE DE SENSIBILITE TOPOGRAPHIQUE A L'EROSION ...............................................................................71
FIGURE 64 : CARTE DE SENSIBILITE SEDIMENTAIRE A L’EROSION SELON L’INDICE « STI » ..........................................72
FIGURE 65 : CALCUL AUTOMATISE D’INDICES DE DEGRADATION ET D’AGGRADATION .................................................73
FIGURE 66 : CARTES D’INDICES D’AGGRADATION / DEGRADATION DE SBV ISSER-SIKKAK .........................................73
VII

I
Liste des abréviations
SIG Système d'Information Géographique
BD Base de Données
BDG Base de Données Géographique
MNT Modèle Numérique de Terrain
MNE Modèle Numérique d'Elévation
TIN Réseau irrégulier de triangles (Triangular Irregular Network)
USLE Équation universelle des pertes en sols (Universal Soil Loss Equation)
RUSLE Revised Universal Soil Loss Equation
ORSTOM Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer
UTM Transverse Universelle de Mercator
WGS Système Géodésique Mondial
SBV Sous Bassin Versant
BV Bassin Versant
ANRH Agence Nationale de Ressource Hydrique
ENEA Modèle agro météorologique
CIRCE Modèle d’impact sur les changements climatiques (Union Européenne)
Liste des symboles
KG Coefficient de Gravelius
TWI Indice d’humidité topographique
STI Indice de transport des sédiments
SPI Indice du pouvoir érosif
DFTI l’indice de débris d’écoulement topographique (Débris Flow Topographic Index)
LS Indice d’inclinaison de pente
TPI Indice de positionnement du relief
K Indice d’érodibilité du sol
Km kilomètre
VIII
I

I
Km² kilomètre carre
m Mètre
mm Millimètre
Le Lame écoulée
S Superficie de bassin-versant
P Pluviométrie
L Longueur du rectangle équivalent
l Largeur du rectangle équivalent
Rc Rapport de confluence
Rl Rapport des longueurs
F Fréquence
Dd Densité de drainage
RL Rapport de longueurs
Dt Dénivelée totale du rectangle équivalent
Imoy Pente moyenne en (%).
Ig Indice de pente global
Ds Dénivelé spécifique
R Agressivité climatique
P Pluie moyenne annuelle
IF Indice de Fournier
ID Indice d’Arnoldus
IFA Indice de fournier et Arnoldus
IX

I
Sommaire
DEDICACE.................................................................................................................................................... I
DEDICACE...................................................................................................................................................II
REMERCEMENTS .................................................................................................................................... III
Résumé........................................................................................................................................................ IV
Liste des tableaux..........................................................................................................................................V
Liste des figures................................................................................................................................. VI-VII
Liste des abréviations................................................................................................................................VIII
Liste des symboles ...................................................................................................................................... IX
Introduction générale .............................................................................................................................XIII
Chapitre I
Mise en contexte : Généralités sur les SIG, Base des données, Géotraitement- ModelBuilder
I Introduction................................................................................................................................................. 1
I .1 Système d’Information Géographique (SIG)...................................................................................... 1
I.1.1 Définitions..................................................................................................................................... 1
I.1.2 Domaines d’application ................................................................................................................ 2
I.1.3 Base de Données Géographique (BDG) ....................................................................................... 2
I.1.4 Composants et fonctions d’un SIG ............................................................................................... 3
I.1.5 Modes de représentation des données géographiques................................................................... 4
I.2 Géotraitement et ModelBuilder ........................................................................................................... 6
I.2.1 Géotraitement................................................................................................................................ 6
I.2.2 Différent concepts de géotraitement ............................................................................................. 6
Conclusion............................................................................................................................................... 13
Chapitre II
Notions de bassin-versant, indices morphométriques et méthodes d’évaluation du risque érosif
II Introduction ............................................................................................................................................. 15
II.1 Hydrologie........................................................................................................................................ 15
II.2 Cycle de l'eau.................................................................................................................................... 15
II.3 Bassin-versant................................................................................................................................... 16
II.3.1 Sous bassin-versant.................................................................................................................... 17
II.3.2 Caractéristiques morphométriques ............................................................................................ 17
II.3.2.2 Caractéristiques d’un BV à la disposition altimétrique .......................................................... 18
II.4 Définition d’un MNT........................................................................................................................ 21
II.4.1 Méthodes d'interpolation et structures de données .................................................................... 21
II.4.2 Echantillonnage ......................................................................................................................... 22
II.5 Représentation d’un MNT................................................................................................................ 23
X

I
II.5.1 Représentation matricielle ou format raster............................................................................... 23
II.5.2 Représentation vectorielle ou format vecteur ............................................................................ 23
II.6 Résolution d’un MNT....................................................................................................................... 24
II.6.1 Résolution planimétrique........................................................................................................... 24
II.6.2 Résolution altimétrique............................................................................................................. 24
II.7 Indices hydro-morphométriques....................................................................................................... 24
II.7.1 Indice d’humidité topographique ou Topographic Wetness Index « TWI » ............................. 24
II.7.2 Indice de transport des sédiments ou Sédiment Transport Index « STI ».................................. 25
II.7.3 Indice du pouvoir érosif « SPI »............................................................................................... 25
II.7.4 Indice d’inclinaison de pente (LS : USLE/RUSLE).................................................................. 25
II.7.5 Indice de dégradation des sols ................................................................................................... 26
II.7.6 Indice de d’aggradation des sols................................................................................................ 26
II.7.7 Indice de ravinement.................................................................................................................. 26
II.8 Risque érosif..................................................................................................................................... 26
II.8.1 Phénomène de l’érosion............................................................................................................. 26
II.8.2 Forme de l’érosion hydrique...................................................................................................... 26
II.8.3 Facteurs d’érosion...................................................................................................................... 27
II.8.4 Alea et Vulnérabilité.................................................................................................................. 29
II.8.5 Phénomènes liés au risque érosif.............................................................................................. 29
Chapitre III
Application et mise en œuvre
III Introduction............................................................................................................................................ 34
III.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................................. 34
III.1.1 Situation géographique............................................................................................................. 34
III.1.2 Caractéristiques de forme........................................................................................................ 35
III.1.3 Etude de réseau hydrographique .............................................................................................. 36
III.1.4 Etude du relief .......................................................................................................................... 37
III.2 Evaluation des apports annuels ....................................................................................................... 40
III.2.1 Apports liquides ....................................................................................................................... 40
III.2.2 Apports solides........................................................................................................................ 41
III.3 Application du géotraitement utilisant le modèle de Wischmeier sur un bassin témoins 1607 ...... 42
III.3.1 Facteur d’érosivité des pluies................................................................................................... 43
III.3.2 Dégradation spécifique liée au risque érosif du BV de la Tafna.............................................. 47
III.3.4 Occupation de sol - Issser Sikkak............................................................................................. 50
III.3.5 Facteur de Couverture végétale « C » ...................................................................................... 51
III.3.6 Indice de brillance .................................................................................................................... 53
III.3.7 Indice de l’inclinaison topographique « LS »........................................................................... 54
III.3.8 Facteur des pratiques antiérosif................................................................................................ 55
XI

I
III.3.9 Taux de rapport des sédiments "SDR" (Sediment Delivery Ratio).......................................... 56
III.4 Géotraitement des indices liée au risque érosif hydrique................................................................ 61
III.4.1 Indices morphométriques du 1er ordre (Primary topographic information) ............................ 61
III.4.2 Indices morphométriques du 2ème
ordre (Secondary topographic information) ....................... 65
III.4.3 Sensibilité à l’érosion par les indices morphométriques (TWI, STI)....................................... 70
III .5 Indices de dégradation /aggradation............................................................................................... 72
III.5.1 Indice d’aggradation................................................................................................................. 73
III.5.2 Indice de dégradation ............................................................................................................... 73
Conclusion générale.................................................................................................................................... 74
Bibliographie............................................................................................................................................... 76
Annexes................................................................................................................................................... 79
XII

1
Introduction générale
L’érosion des sols par la pluie et le ruissellement est un phénomène largement répandu dans les
différents pays méditerranéens (Boukheir et al, 2001). Elle résulte de l’intensification agricole, de
la dégradation des terres et de très fortes variations climatiques. En Algérie, les régions de
montagnes présentent un enjeu socioéconomique important (agriculture, forêt, patrimoine, …).
Elles sont très vulnérables au phénomène de l’érosion hydrique.
Les relations entre la végétation, le sol et l’eau y sont largement perturbées (Benchetrit.M, 1972).
Dans certains endroits, l’érosion a atteint un niveau d’irréversibilité et par endroit elle a
transformé le paysage en «badlands ». En Algérie, environ 6 millions d’hectares sont exposés
aujourd’hui à une érosion active et en moyenne 120 millions de tonnes de sédiments sont
emportés annuellement par les eaux.
Les pertes annuelles des eaux dans les barrages sont estimées à environ 20 millions de m3
dues à
l’envasement (Rimini, 2000). La subsistance des populations est de plus en plus menacée par les
pertes en sol. L’apport des aménagements agro-sylve-pastoraux dans les bassins versants où les
risques d’érosion sont les plus intenses aura d’autant plus d’efficacité que les facteurs du milieu
naturel sont bien connus. Or, les problèmes de dégradation des sols ne se posent pas avec la
même acuité dans les différentes parties de la zone (Brougham et al, 2012).
La construction d’ailleurs du premier barrage au niveau du bassin versant de la Tafna (Béni
Bahdel entre 1934 et 1940) était destinée à l’alimentation en eau potable de la ville d’Oran. Plus d’une
vingtaine d’années plus tard, suite à une sécheresse quasi – continue et une démographie galopante,
plusieurs chantiers de barrages se sont ouverts au niveau de la Tafna pour pallier le manque d’eau et
satisfaire une demande en eau de plus en plus croissante.
Actuellement, le bassin versant de la Tafna comprend huit (08) barrages fonctionnels (Béni
Bahdel, Meffrouch, Sikkak, à Sidi-Abdelly, Hammam Boughrara, Dzidoua, Sarno, Souani).
Cependant, on a toujours du mal à quantifier avec précision les apports aussi bien liquide que
solide à ses barrages ; ce qui rend assez difficile la gestion de leurs stocks. C’est pourquoi il est
utile de délimiter des zones d’aménagements prioritaires. Dans ce contexte, la présente étude a
pour objet la réalisation d’une carte de risque érosif.
La problématique de l’érosion est complexe et les paramètres sont souvent fortement variables en
spatiotemporel et cela à différentes échelles (sols, couvert végétal, microtopographie, géométrie
des rigoles, formation de ravines, croissance des flux de l’amont vers l’aval, etc.). Ils s’en suivent
que les observations restent d’une part ponctuelles et difficiles à synthétiser, d’autre part les
méthodes d’évaluation basée sur l’hydrodynamique, dans les fais, restent réservées à ce jour à la
recherche et attendent bien encore des développements.
C’est dans cette logique que nous nous somme orienté vers des approches automatisées du
géotraitement vectoriel et matriciel dans leur formalismes tels que les indices morphométriques
du risque érosif justifiant leur utilisation croissante dans le domaine de la cartographie numérique
de l’érosion par ravinement souvent sous-estimé par l’approche universelle des pertes en sols.
Ces indices sont intégrés dans un SIG puis confronté avec des données bathymétriques des
retenues collinaires et des barrages afin d’établir des cartes de synthèse sur la sensibilité à
l’érosion diffuse et linéaire moyennant l’automatisation des calculs de manière conviviale.
Puisque ces indices présentent des inconvénients quant à leur caractère subjectif, il nous a été
nécessaire de passer par la validation du modèle « USLE » des pertes en sols tout en récoltant le
maximum d’informations utiles (pluviométrie journalière, sols, géologie, lithologie, données de
compagnes, données de laboratoires, etc.).
L’utilisation combinée des indices des états de surfaces « indices minéraux, indices de brillance
des sols » et ceux dits morphométriques « indice d’humidité topographique, indice de transport
1
XIII
I

2
des sédiments, indice du pouvoir érosif, indices des sédiments des rivières, indice du débris
d’écoulement topographique, etc. » permettent de mettre en évidence le risque érosif.
Nous avons exploité les modèles de géotraitement liés au risque érosif par ses composants
(transport et sédimentation) et ceux permettant une segmentation dynamique des zonages
hydrologiquement homogènes (taux de production des sédiments) pour une meilleure évaluation
de l’érosion nette ou locale. La validation de nos travaux de compilation s’appuie sur des cartes
d’aide à la décision et à la planification pour la gestion et la protection des sols contre les problèmes
soulevés de l’envasement et de l’érosion. Une comparaison des résultats obtenus sur le BV de la
Tafna au modèle « USLE » offre une valeur ajoutée quant à leur caractérisation spatiale.
Ce travail est organisé en trois chapitres distincts soit :
 Le premier chapitre traite sommairement des généralités sur les SIG, bases de données
et enfin le géotraitement vectoriel et matriciel.
 Le deuxième chapitre est consacré globalement aux concepts et notions relatives à un
bassin versant topographique « MNT » ainsi que les méthodes et modèles liés au risque
érosif hydrique.
 Le troisième chapitre décrit la partie applicative mentionnant la méthodologie générale
du travail, les outils de géotraitement abordés par les différents types d’érosion hydrique
qu’on pourra rencontrer ainsi que la validation avec des données bathymétriques des
retenues et des barrages pour une meilleure gestion, planification et conservation des sols
contre l’envasement sédimentaire, l’inondation et l’érosion régressive au niveau des
versants.
XIV
V

3
Chapitre I
Mise en contexte : Généralités sur les SIG,
Base des données, Géotraitement-
ModelBuilder
XIIV
V

Chapitre I : Mise en contexte : Généralités sur les SIG, Géotraitement-ModelBuilder
1
I Introduction
Ce chapitre présente des généralités sur les concepts et les définitions des SIG, les bases de
données cartographiques ainsi que le géotraitement classique (standard, simple) et avancée
(serveur) pour pouvoir mettre en application la spatialisation du risque érosif. Il nous a été
nécessaire d’aborder les notions de géotraitement vectoriel et matriciel (ModelBuilder) par les
migrations importantes de plateformes logicielles SIG (ArcView, ArcGis, Idrisi, etc.) ainsi que le
développement et le déploiement d’applications personnalisables.
I .1 Système d’Information Géographique (SIG)
Les besoins en cartographie dans le quotidien des décideurs ont fait apparaître les Systèmes
d'Information Géographique (SIG). Les objectifs du ces dernier étaient de produire des données
géographiques dans le but d'effectuer des traitements sur les informations géo-localisées pour
visualiser des cartes et prendre des décisions. Parmi les définitions existantes, on pourra citer :
I.1.1 Définitions
 Système : Un système est un ensemble formant une unité cohérente et autonome, d'objets
réels ou conceptuels (éléments matériels, individus, action…) organisés en fonction d'un
but (ou d'un ensemble des buts, objectifs, finalités, projets…) au moyen d'un jeu de
relations (interrelations mutuelles, interactions dynamiques…), le tout immergé dans un
environnement (Francis le Gallou, 1992).
 L’information géographique : L’information relative un objet ou à un phénomène de
monde terrestre, décrit plus ou moins par sa nature, son aspect, ses l’information
géographique peut être défini comme caractéristique diverses et par positionnement sur la
surface terrestre. L’information géographique a une double composante :
 Une composante graphique : Description de la forme de l’objet géographique et sa
localisation dans un référentiel cartographique.
 Une composante attributaire : Caractéristique décrivant l'objet (description
géométriques, caractéristiques thématiques) (Bernardett Laurencin, 2006).
 Système d’Information Géographique : Définition française de Centre National
d’information géographique « Système pour saisir, stocker, vérifier, intégrer, manipuler,
analyser et visualiser des donnée qui sont référencée spatialement à la terre. Il comprend
en principe une base de donnée localisées et les logiciels applicatifs appropriés une des
premières fonctions d’un SIG. Est sa capacité à intégrer des données de sources
différentes (Bernardett Laurencin, 2006).Cette première définition fait des états différents
fonctions et des moyens en insistant sur l’aspect multimédia des logiciels utilisés.
 Définition américaine « système d’informatique de matériels, de logiciels et de
processus pour permettre la collecte, la gestion, la manipulation, la modalisation et
l’affichage de données à la référence spatial afin de résoudre des problèmes
complexes d’aménagement et de gestion » (Comité Fédéral de Coordination Inter-
agences pour la Cartographie Numérique, 1988).Cette deuxième définition, tout en
reprenant les termes fonctionnels d’un SIG met en avant la nature de l’objectif
dans sa dernière partie.
 Définition d’un économiste : « Ensemble de donnée repérées dans l’espace,
structuré de façon à pouvoir en extraire commodément des synthèses utiles à la
décision » (Didier.Michel, 1990).
 Un SIG permet d’analyser et d’exploiter des informations qui ont part graphique
et part numérique ou textuelle (Bernardett Laurencin, 2006).
 Un SIG est un ensemble d'outils pour l'acquisition, le stockage, les sorties
instantanées, la manipulation et la représentation des données spatiales à partir du
monde réel (Burrough, 1986).

2
I.1.2 Domaines d’application
Les domaines d'application des SIG sont aussi nombreux que variés. Citons cependant :
 Tourisme (gestion des infrastructures, itinéraires touristiques).
 Marketing (localisation des clients, analyse du site).
 Planification urbaine (cadastre, voirie, réseaux assainissement).
 Protection civile (gestion et prévention des catastrophes).
 Transport (planification des transports urbains, optimisation d'itinéraires).
 Hydrologie.
 Forêt (cartographie pour aménagement, gestion des coupes et sylviculture).
 Géologie (cartographie, aléas, amiante environnemental, prospection minière).
 Biologie (études du déplacement des populations animales).
 Télécoms (implantation d'antennes pour les téléphones mobiles).
Les utilisateurs des SIG font plutôt de la gestion, l’aménagement et de la recherche.
(Bernardett Laurencin, 2006).
I.1.3 Base de Données Géographique (BDG)
 Base de données (BD) c’est un ensemble cohérent de données structurées qui constitue un
modèle de la réalité et qui répond aux critères suivants : Structuration (A l’aide du modèle
de données (par exemple : entité-relation)), Non-redondance (Non-répétition (ou
redondance minimale)), Exhaustivité (La présence de tous les renseignements relatifs à un
même thème (Abbas.I, 1994).
 Les données géographiques, comme toutes données informatiques, regroupent de données
thématiques (nom, identifiant, etc.), mais également des données spatiales (localisation,
relations spatiales, etc.). Les SIG stockent généralement ces données sous la forme de
couches thématiques pouvant être reliées les unes aux autres par la géographie. La figure 1
montre une représentation d’un site géographique au travers d’un ensemble de couches
thématiques. Chaque couche est une carte montrant la répartition spatiale d’une entité
géographique ou d’un phénomène. L’utilisation des couches pour la représentation est une
approche simple mais extrêmement puissante. Elle permet de gérer (en décrivant
l'organisation de ces différents composants) la complexité du monde réel, ce qui aide à
comprendre les relations entre les différents thèmes.
 Une BDG est un ensemble cohérent de données structurées et descriptives représentant une
région spatiale. Cependant, en information géographique, les utilisateurs n’accèdent pas
aux données directement par le biais de la base de données mais au travers d’un (SIG). Ils
permettent l’intégration, la gestion, l’interrogation, l’analyse et la restitution des données
géographiques. Ils s’appuient d’une part sur des bases de données géographiques pour
stocker l’information et d’autre part sur un ensemble d’opérations permettant de manipuler
cette information. Ils permettent par conséquent à l’utilisateur d’exploiter de façon
transparente les données spatiales (Abbas.I, 1994).
L’information est généralement représentée sous trois aspects :
 Une géométrie qui décrit la localisation et la forme de l'objet géographique.
 Une topologie qui décrit les relations entre les objets géographiques (adjacence,
inclusion).
 Une information descriptive qui décrit la nature de l'objet et concerne toutes les autres
informations, c'est-à-dire non géométriques et non topologiques. (Abbas.I, 1994).

3
Figure 1 : Représentation d’un site géographique à travers un ensemble de couches thématiques
I.1.4 Composants et fonctions d’un SIG
I.1.4.1 Composants d’un SIG
Un SIG intègre en plus de l’outil informatique qui manipule les données, plusieurs
composantes qui font la spécificité d’un système complet :
 Matériel informatique : Les SIG fonctionnent aujourd’hui sur une très large gamme
d’ordinateurs, des serveurs de données aux ordinateurs de bureaux connectés en réseau ou
utilisés de façon autonome.
 Logiciel SIG : Un SIG est considéré comme un logiciel qui offre les outils et les fonctions
pour stocker, analyser et afficher toutes les informations.
 Données organisées en bases : Les données sont certainement les composantes les plus
importantes des SIG. Les données géographiques et les données tabulaires associées
peuvent, soit être constituées en interne, soit acquises auprès de producteurs de données.
 Méthodes : La mise en œuvre et l’exploitation d’un SIG ne peut s‘envisager sans le respect
de certaines règles et procédures propres à chaque organisation.
 Ressources humaines « Les Utilisateurs » : Les SIG s’adressent à une grande
communauté d’utilisateur, et particulièrement à ceux qui ont une relation avec
l’information géographique, comme cela est représenté dans la figure 2.
Figure 2 : Composants d’un SIG

4
I.1.4.2 Fonctionnalités d’un SIG
Les SIG ont en commun des fonctionnalités regroupées en cinq (05) familles sous le
terme des « 5 A » : Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage. (Figure 3)
 Abstraction : Puisque la réalité comporte diffères phénomènes, la manipulation des
informations fournies est très délicate. Pour cela, on procède à une modélisation de la
réalité (appelée dans le domaine des études géographique "Abstraction d'information").
 Acquisition : Consiste à récupérer l'information par des procédés de levé terrain,
digitalisation des photos aériennes, images satellitaires, cartes scannées, etc. Et l'injecter
dans le SIG.
 Archivage : Stocker les données de façon à les retrouver et les interroger facilement.
 Affichage : Visualiser l’information géographique (cartes, tables, documents textes,
etc.).
 Analyse : Une fois les données disponibles dans un SIG sont bien organisées, il est
possible, à travers des outils simple d'interrogation et de puissantes solutions d'analyse,
déposer des questions simple sur des questions s’intégrât un analyse.
Le but du SIG est de simplifier, d’une manière suffisante, le monde réel pour qu’une information
géographique s‘apparaisse. Ce modèle de la réalité doit être introduit dans un SIG afin de faciliter
la gestion et le traitement des données (Laborde.J.P, 2009) la figure 3 représente les
fonctionnalités principales d’un SIG.
Figure 3 : Fonctionnalités d’un SIG
I.1.5 Modes de représentation des données géographiques
II existe principalement deux modes de représentation des objets géographiques :
I.1.5.1 Mode raster
L'espace est divisé selon un maillage régulier, la forme de la maille étant généralement
carrée. A chaque nœud de la grille est attribué un code numérique identifiant l'objet cartographié.
La résolution est définie comme la dimension de la maille et correspond à la taille du plus petit
objet pouvant être représenté. Un exemple classique du mode raster (Figure 4) est l'image
satellite pour laquelle le code numérique est une grandeur radiométrique (Emmanuel Didon,
1995).
Archivage Acquisition
Analyse Abstraction
Affichage
Les cinq fonctionnalités d’un SIG

5
Figure 4 : Exemple de données raster
Un système de coordonnées terrestres (sphérique ou projectif) permet de référencer les objets
dans l'espace et de positionner l'ensemble des objets les uns par rapport aux autres. Les objets
sont généralement organisés en couches, chaque couche rassemblant l'ensemble des objets
homogènes (bâti, rivières, voirie, parcelles, etc.).
I.1.5.2 Mode vectoriel
Les objets géographiques sont représentés par des points, des lignes et des polygones. Les points
sont caractérisés par leurs coordonnées géographiques (longitude, latitude ou, le plus souvent,
dans un référentiel cartésien (x, y), celui de la projection Lambert par exemple (Figure 5). Une
ligne est constituée d'un ensemble de points reliés par des segments de droite, un polygone est
défini comme un ensemble de lignes délimitant une surface fermée (Emmanuel Didon, 1995).
Figure 5 : Exemple de données vectorielles.
I.1.6 Conversion du mode vecteur au mode raster (Rastérisation)
Le mode raster traite l'information sous forme de valeur numérique. La rastérisation (passage du
vecteur au raster) correspond à la conversion d'une image vectorielle (MNT, MNE, MNH) en une
matrice de pixels (un maillage). Chaque pixel détermine une valeur, correspondante au thème
étudié, et selon une certaine résolution. La vectorisation (passage du raster au vecteur)
correspond à la conversion d'une matrice de pixels en une image constituée de vecteurs avec des
éléments géographiques individualisés. La figure suivante montre les deux types de conversion
(Barker.G.R, 1988)).
Figure 6 : Conversion duelle : Raster-Vecteur

6
I.1.7 Comparaison entre les deux modes vecteur/raster
Le choix du mode de représentation (vecteur ou raster) va conditionner le type de traitements
ultérieurs au sein du SIG et nécessite donc une réflexion sur l'adéquation du mode et de la donnée
représentée. Les avantages et contraintes des deux modes sont résumés dans le tableau ci-dessous
(Burrough et Mcdonnel, 1998).
Tableau 1 : Avantages et contraintes des deux modes de représentation vecteur-raster
I.2 Géotraitement et ModelBuilder
I.2.1 Géotraitement
Il existe plusieurs définitions dans la littérature, néanmoins on pourra citer :
 Le géotraitement consiste en l'exécution méthodique d'une série d'opérations sur les
données géographiques afin de créer des nouvelles informations.
 Opération SIG permettant de manipuler des données SIG, généralement une opération de
géotraitement consiste à prendre un jeu de données, puis à renvoyer le résultat de
l’opération dans un jeu de données en sortie.
I.2.2 Différent concepts de géotraitement
Il existe plusieurs concepts de géotraitement, les principaux éléments de conception sont :
I.2.2.1 ModelBuilder
ModelBuilder permet l’enchainement d’un ensemble de traitement sans programmation
(fonction fournis en standard) ainsi que l’automatisation des taches de géotraitement (mais non
autonome) tous en apportant une performance en temps de calcul (gains de temps optimale). La
prise en compte des critères d’évaluation et d’identification des couches d’information (types de
données (vecteur raster), types de requêtes (spatiale, attribution, imbriquée, de sélection simple et
Vecteur Raster
Avantages
 Bonne représentation de la structure des
données
 Structure compacte
 Topologie explicite permettant une bonne
analyse en réseau
 Projection géographique et translation aisée
 Qualité de représentation aux différentes
échelles
 Extraction, mise-à-jour et généralisation des
données sont possibles
 Structure simple de données
 Accès aux attributs simplifiés
 Facilité d'analyse spatiale (filtre)
 Modélisation simplifiée du fait de la forme
régulière des cellules
 Technologie bon marché
 Supports idéaux pour de nombreux types de
données
Inconvénients
 Structures complexes de données
 Intersection nécessitant puissance de calcul
 Visualisation et impression nécessitant
important temps d'affichage
 Contenu homogène de chaque polygone
rendant l'analyse spatiale impossible
 Simulation difficile car chaque polygone à
une forme propre
 Volume des données important
 Perte d'information due au choix des cellules
 Moindre qualité esthétique
 Projections géographiques nécessitant
 Algorithmes adaptés pour éviter distorsion de la
grille

7
multiples), géoréférencement, types de modèles de géotraitement (potentialité, chronologique,
etc.) permettant une utilisation optimale du géotraitement classique et avancée. (Voir la figure 7)
Figure 7 : Exemple de ModelBuilder
I.2.2.2 Objectifs du géotraitement
 Modélisation/Simplification de problèmes complexes
 Analyse rapide
 Création de modèle, son exécution, changement de paramètre l’exécution -> pour
comparaison des résultats.
 Réalisation de modèles complexes.
 Documentation graphique d’un travail.
 Possibilité de lancement itératif du modèle plusieurs outils en une seule action.
I.2.2.3 Fonctions de géotraitement
Les fonctions de géotraitement sont réalisées via :
 ArcToolbox : Boite de dialogue, opération simple et mode par lot il est compose : Boite a
outils, jeu d’outils et des outils (Figure 8).
 Boite à outils : Contient des jeux d’outils et des outils
 Ajouter une nouvelle boite à outils.
 Ajouter un nouveau modèle (avec ModelBuilder)
 Jeu d’outils : Jeux d’outils et /ou des outils
 Glissement des données, des outils des scripts.
 Outils : Opération de géotraitement spécifique :
 Outil système, modèle, scripts, outils personnalisé.
 Tous les outils ont une interface similaire et font appel à la même interface
d’aide.
 Paramètre les outils.
 Définir les propriétés du diagramme et du modèle.
 Sauvegarder le modèle selon vos besoins.
 Utilisation de l’environnement du géotraitement.
 Lignes de commande : Exécution simple ou imbriquée du géotraitement
(workflows).
 Scripts : Mode par lot, lancement en différé (Scripts, VBScript, Python, Arcpy,
etc.).
 ModelBuilder : Document graphique, enchainement d’un ensemble d’opérations
et les itérations (topologiques : Union, intersection, fusion, découpage, etc.).

8
Figure 8 : Fenêtre ArcToolbox
I.2.2.4 Outils de géotraitement
Les outils de géotraitement sont présentés sommairement par :
 Outils de navigation : (outils de navigation, mise en page automatique, ajout d’une
connexion, vue d’ensemble, etc.).
 Outils pour l’analyse spatiale.
 Outils pour la gestion de données.
 Outils pour la projection.
 Outils pour la sélection d’entités.
 Outils spécifique pour les tables et les géodatabase.
 Traitement par lots.
I.2.2.5 Modèles de géotraitement
Un modèle de géotraitement est composé d’un seul ou plusieurs processus de
géotraitement. Processus de géotraitement est composé de :
 Données en entrée, outils et données en sortie (dérivée).
 Plusieurs données en entrée, plusieurs outils ou plusieurs données dérivées paramétrables
(ouvertes).
 Exécution d’un seul processus à la fois ou tous les processus en même temps trois états de
processus possible :
 Pas prêt à être exécute (blanc).
 Prêt à être lancé (coloré).
 Déjà exécuté (coloré et ombré).
I.2.2.6 Validation et exécution des modèles de géotraitement
 Validation des modèles de géotraitement
Cette dernière étape est primordiale pour le bon fonctionnement du géotraitement
(définition d’une projection unifiée, domaine de validité, les versionement, licences, etc.).
Pour ce faire, nous avons jugé utile de citer ses tâches de géotraitement en :
- Détermination de la validité ou non de modèle.
- Détermination des éléments prêt à être exécutés et ceux non prêt à être exécutés.
- Les modèles invalidés sont liés à la l’inexistence de référence aux données, à
l’outil, outil développé via la technologie COM (dll compilée), de la dll non
enregistrée.

9
 Exécution du modèle de géotraitement
Deux façons d’exécution de géotraitement existent :
- Via ModelBuilder.
- Via sa boite de dialogue ou tous les paramètres sont définis dans le modèle
apparaissant dans la boite de dialogue.
I.2.2.7 Exemple de géotraitement vectoriel et matriciel
Parmi les opérations de géotraitement vectoriel on pourra citer à titre d’illustration (Tableau 2) :
Tableau 2 : Opérations de géotraitement vectoriel
Opérations de géotraitement vectoriel Exemple (figure)
CLIP (Découper) : Permet de générer une
couche dont les entités sont découpées selon les
contours d’une autre couche (Coupe-biscuit)
→Toolbox/Analysis Tools/Extract/Clip
Exemple d’opération CLIP.
INTERSECT (Croiser) : Permet de générer une
couche dont les entités résultent de l’intersection
entre les entités de deux couches (Ce qui se
superpose)
→Toolbox/AnalysisTools/Overlay/Intersect Exemple d’opération INTERSECT.
PDATE (Mettre à jour) : Permet de mettre à
jour une couche par l’entremise d’une seconde
couche (Les tables doivent avoir les mêmes
champs
→Toolbox/AnalysisTools/Overlay/Update
Exemple d’opération PDAT.
DISSOLVE (Fusionner) : Permet d’agréger les
entités d’une couche qui ont une même valeur
d’attribut (Perte de détails)
→Toolbox/DataManagement/Generalization/Dissolve
Exemple d’opération DISSOLVE.

10
INTEGRATE : Permet d’éliminer les entités
orphelines (Polygones d’erreur, les non
superpositions de lignes, etc.)
→Toolbox/DataManagement/FeatureClass/Integrate
Exemple d’opération INTEGRATE.
BUFFER (Zone tampon) : Polygones construits à
une distance donnée (D) autour des entités d’une
couche (Point, ligne ou polygone)
→Toolbox/Analysis Tools/Proximity/Buffer
Exemple d’opération BUFFER.
MULTI/SINGLE PART (Multi-parties vers une
partie) : Permet de séparer des entités
multipartites en entités distinctes (Défusionner)
→Toolbox/DataManagement/Features/Multi part
to Singlepart
Exemple d’opération MULTI/SINGLE PART.
MERGE (Combiner) : Permet de regrouper
plusieurs couches de même type d’entités en une
seule (Les tables doivent avoir les mêmes champs)
→Toolbox/DataManagement/General/ Merge
Exemple d’opération MERGE.
UNION (Union) : Permet réunir dans une même
couche les entités de deux couches, ceci en
conservant les données et en rajoutant une 3e
colonne (Polygones seulement)
→Toolbox/AnalysisTools/Overlay/UnionF
Exemple d’opération UNION.
ERASE (Effacer) : Permet d’éliminer une partie
d’une couche selon les frontières d’une autre
couche
→Toolbox/AnalysisTools/Overlay/Erase
Exemple d’opération ERASE.

11
I.2.2.8 Exemple de géotraitement matriciel
Pour ce dernier, le géotraitement matriciel englobe toute les opérations d’algèbre spatial incluant
les analyse spatiales monocouches et multicouches. Nous avons fait appel aux formules de calcul
des indices morphométriques (LS, facteurs du risque érosif, STI, SPI et TWI) en exploitant la
calculatrice raster → Toolbox /Outils Spatial Analyst /Algèbre Spatial/Calculatrice raster selon la
figure suivante :
Figure 9 : Fenêtre calculatrice raster.
I.2.2.9 Développement d’applicatifs dans le géotraitement (Python)
 Boite à outils : ArcToolbox, ModelBuilder, Scripts Python, Toolbox combiné avec
Python, Esri-AddIn développée selon les composants dynamiques (.dll, .exe, etc.).
Les résultats d’application du géotraitement appliqué au risque érosif seront abordés dans la
partie application et mise en œuvre.
SYMMETRICAL DIFFERENCE (Différence
symétrique) : Permet de cerner ce qui n’est pas
commun (Sans superposition) à deux couches
d’entités
→Toolbox/AnalysisTools/Overlay/Symmetrical
difference Exemple d’opération SYMMETRICAl.
SPLIT (Séparer) : Permet de séparer/diviser une
couche en plusieurs parties différentes
→Toolbox/AnalysisTools/Extract/Split
Exemple d’opération SPLIT.

12
Plusieurs exemples d’applications automatisées du géotraitement matriciel, parmi lesquels
on citera à titre d’exemple :
 Formule de reclassification des rasters : Un exemple d’affectation de poids ou de
cotation numérique à l’aide des fonctions de géotraitement est donné sous la syntaxe
respectant les clauses (RemapRange). Les formules des objets de classification sont
indiquées ci-après.
Fonction 1 : RemapRange ([[startValue, endValue, newValue],...])
 StartValue : Limite inférieure de la plage de valeurs à affecter à une nouvelle valeur
en sortie.
 EndValue : Limite supérieure de la plage de valeurs à affecter à une nouvelle
valeur en sortie.
 NewValue : Nouvelle valeur à affecter à la plage de valeurs en entrée définie par
les valeurs de début et de fin.
Fonction 2 : RemapRange ([[limite inférieure, limite supérieure, affectation], …..])
Un autre exemple d’affectation de poids ou de cotation numérique à l’aide des fonctions de
géotraitement évitant l’approche séquentielle (Combiner les valeurs de sortie) sous la syntaxe
respectant les clauses (RemapValue)
Fonction 3 : RemapValue ([[oldValue, newValue],...])
 OldValue : Représente une valeur d'origine du raster de base.
 NewValue : Nouvelle valeur reclassée.
Donc :
RemapValue ([[valeur d’origine, nouvelle valeur reclassée], …..])
 Exemple d'utilisation de l'outil reclassification par lignes de commande (fenêtre
Python) :
Les exemples ci-dessous illustrent plusieurs façons de recalcifier un raster.
importarcpy
fromarcpyimportenv
from arcpy.sa import *
env.workspace = "C: /Tafna/data"
outReclass1 = Reclassify("TWI", "Value",
RemapValue([[1,9],[2,8],[3,1],[4,6],[5,3],[6,3],[7,1]]))
outReclass1.save("C: /Tafna/output/TWI_rcls")
outReclass2 = Reclassify("slope_grd", "Value",
RemapRange([[0,10,"NODATA"], [10, 20,0.1],[20,30, 0.2],[30,40, 0.3],[40,50,
0.4],[50,60, 0.5],[60,75, 0.6]]))
outReclass2.save("C: /Tafna/output/slope_rcls")
outReclass3 = Reclassify("STI", "Value",
RemapRange([[10,10,0.1],[10,20,0.2],[20,25,0.3],[25,50,0.4],[50,]]), "NODATA")
outReclass3.save("C: / Tafna/output/STI_rcls")
Partie déclaration -Variables systèmes,
modules de géotraitement espace de travail
Géotraitement de l’indice
morphométrique du deuxième ordre
(TWI, STI) et du premier ordre (Pente)

13
Conclusion
A travers ce chapitre, nous avons décrit les notions et connaissances de bases générales du
SIG, son intérêt pour le géotraitement vectoriel et matriciel de façon sommaire, puisqu’il
promette des applicatifs intéressantes sous forme d’automatisation des processus cartographiques
du risque érosif. A cet effet, plusieurs prototypes de calcul automatisé ont été élaborés dans
l’examen final du mémoire car le monde du géotraitement avance rapidement avec les nouvelles
technologies (serveurs, télémesure, l’algorithmique, programmation, etc.).

Chapitre II : Notion de bassin-versant, indes morphométrique et méthode d’évaluation du risque érosif
14
Chapitre II :
Notions de bassin-versant, indices
morphométriques et méthodes
d’évaluation du risque érosif

Chapitre II : Notion de bassin-versant, indes morphométrique et méthode d’évaluation du risque érosif
15
II. Introduction
Dans ce chapitre, nous allons décrire les notions de base liées aux bassin-versant hydrologiques,
aux indices morphométriques clés pour la cartographie du risque érosif hydrique et par
ravinement sous-estimé par la plupart des modèles de cartographie de l’érosion hydrique à
l’échelle d’un bassin-versant. C’est la raison pour laquelle différentes méthodes de caractérisation
et d’évaluation de l’érosion hydrique sont cités pour nous aider d’appréhender le risque érosif par
l’utilisation de l’hydro-morphométrie (Transport des sédiments, inclinaison de pentes, humidité
topographique, déposition/sédimentation).
II.1 Hydrologie
D’une façon générale, l’hydrologie peut se définir comme l’étude de l’eau et l’estimation de ses
différents flux. L’hydrologie au sens large regroupe :
 La climatologie : Pour la partie aérienne du cycle de l’eau (Précipitions, retour à
l’atmosphère, transfert, etc.…)
 L’hydrologie de surface au sens strict : Pour les écoulements à la surface des
continents.
 L’hydrodynamique des milieux non saturés : Pour les échanges entre les eaux de
surface et les eaux souterraines (Infiltration, retour à l’atmosphère à partir des
nappes…etc.).
 L’hydrodynamique souterraine : Pour les écoulements en milieux saturés.
L’hydrologie de surface est la science qui traite essentiellement problèmes quantitatifs des
écoulements à la surface. Ces problèmes se ramènent généralement à des prévisions (Associer à
une date une certaine grandeur) ou des prédéterminations (Associer à une grandeur une certaine
probabilité) de débits ou de volume en un point ou sur une surface (Laborde.J.P, 2009).
L'hydrologie de surface est une science appliquée qui fait appel à des connaissances dans des
domaines divers (Tableau 3).
Tableau 3 : Sciences et techniques et leurs domaines d’application
II.2 Cycle de l'eau
Le cycle de l’eau, appelé aussi cycle hydrologique, est l’ensemble des cheminements que
peut suivre une particule d’eau. Ces mouvement, accompagnée de changements d’état, peuvent
s’effectuer dans l’atmosphère, à la surface du et dans le sous-sol. Chaque particule n’effectue
qu’une partie de cycle et avec des durées très variables : Une goutte de pluie peut retourner à
l’océan en quelques jours alors que sous forme de neige, en montagne, elle pourra mettre de
dizaines d’années. Une représentation est donnée selon la figure10.
Sciences et techniques Domaines d’application
Météorologie et Climatologie Etude des pluies et du retour à l’atmosphère
Géologie, Géographie et Pédologie Analyse du comportement hydrologique du bassin
Hydraulique Mesure et étude des écoulements à surface libre
Statistique
Traitement des données, simulations…
Calcul numérique Propagation de crue, modélisations et optimisations…
Informatique
Instrument de travail pour les calculs numériques,
le stockage des données…

Chapitre 03 : Application mise en œuvre
16
Figure 10 : Cycle de l’eau
II.3 Bassin-versant
Différents définitions existent dans la littérature, parmi lesquelles on pourra citer :
 Un BV est un espace géographique dont les apports hydriques naturels sont alimentés
exclusivement par les précipitations et dont les matières solides transportées par l’eau
forment, à un point unique de l’espace, une embouchure ou un exutoire.
 Un BV en une section d'un cours d'eau est défini comme la surface drainée par ce cours
d'eau et ses affluents en amont de la section. Tout écoulement prenant naissance à
l'intérieur de cette surface doit donc traverser la section considérée, appelée exutoire, pour
poursuivre son trajet vers l'aval (Laborde.J.P, 2009).
 Un BV est une surface élémentaire hydrologiquement close, c'est-à-dire qu'aucun
écoulement n'y pénètre de l'extérieur et que tous les excédents de précipitations
s'évaporent ou s'écoulent par une seule section à l'exutoire.
La figure ci-après illustre une vue tridimensionnelle d’un BV.
Figure 11 : Bassin-versant.

17
Selon la nature des terrains, nous serons amenés à considérer deux définitions :
 Bassin-versant topographique
Il est souvent caractérisé par l’imperméabilité des sous-sols sur tout son étendu et sa
séparation de ceux qui l'environnent par une ligne de partage des eaux. Donc le
cheminement de l'eau ne sera déterminé que par la topographie, ainsi que le BV sera alors
limité par des lignes de crêtes et des lignes de plus grande pente.
 Bassin-versant hydrogéologique (Réel)
Ce type de bassin ne coïncide pas toujours avec le BV topographique. Dans ce cas il s’agit
sur la perméabilité du sous-sol, il se peut qu'une partie des eaux tombées à l’intérieur du
bassin topographique s'infiltre puis sorte souterrainement du bassin ou réciproquement à
l'intérieur du BV. Dans ce cas, il convient également de définir les limites souterraines de
ce système. De plus, il est aussi nécessaire de tenir compte des effets anthropiques relatifs
aux eaux du système (Emmanuel Didon, 1995).
II.3.1 Sous bassin-versant
Un sous bassin représente toute zone dans laquelle toutes les eaux de ruissellement
convergent à travers un réseau de rivières, de fleuves et éventuellement de lacs vers un point
particulier d'un cours d'eau (normalement un lac ou un confluent).
II.3.2 Caractéristiques morphométriques
La détermination des caractéristiques morphométriques (Physiographiques), est nécessaire
pour déterminer et analyser le comportement hydrologique d'un BV (Lame d'eau précipité, débit
de la rivière, bilan, etc.). Nous avons jugé utile de rappeler les principales caractéristiques
morphométriques et hydrographiques d’un BV topographique.
II.3.2.1 Caractéristiques d’un BV dans le plan
Les caractéristiques d’un BV dans le plan sont :
 Surface
La surface constitue l'aire de réception des précipitations qui alimentent un cours d'eau par
écoulement. Le débit du cours d'eau à l'exutoire dépend donc en partie de la surface. La
surface peut être mesurée en km² par l'utilisation d'un planimètre en superposant la
surface à une grille dessinée sur papier transparent, par des méthodes numériques ou par
l'intermédiaire de formules. (Paul-Hus, 2011).
 Le périmètre
Le périmètre est la caractéristique de longueur la plus utilisée. Le périmètre peut être
mesuré directement sur la carte topographique par curvimétrage ou de manière indirecte
en utilisant la longueur du rectangle équivalent.
 Forme
Souvent la forme est caractérisée par le coefficient de Gravelius et le rectangle équivalent
ou bien indice de forme de Horton
 Coefficient de Gravelius (1914) (indice de compacité)
L'indice admis par les hydrologues pour caractériser la forme d'un BV est l'indice de
compacité de Gravelius qui est le rapport du périmètre du bassin à celui d'un cercle de
même surface. Si « A » est la surface du bassin en Km² et « P » son périmètre en km, le
coefficient « 𝐾𝐺 » est égal à :
KG =
P
2√πA
= 0.28
P
√A
(1)

18
Le coefficient « KG » est supérieur à 1 lorsque la forme du bassin est allongée, et proche
de 1 pour un BV de forme circulaire.
 Indice de forme de Horton
Il exprime le rapport de la largeur moyenne du BV à la longueur du cours
d’eau principal (Paul-Hus, 2011). Sa formulation mathématique est donnée selon :
KH =
A
L2
(2)
Avec : KH : Indice de Horton sans dimension, KH < 1 : Bassin de forme allongée,
KH > 1 : Bassin de forme ramassée, A : Surface du BV (Km²), L : Longueur du cours
d’eau principal (Km).
 Rectangle équivalent
Le rectangle équivalent ou rectangle de Gravelius, introduit par Roche (1963),
permet de comparer les BV entre eux (l'influence des caractéristiques d'un bassin sur
l’écoulement). Le BV est assimilé à un rectangle ayant le même périmètre et la même
surface que le BV de longueur (L) et de largeur (l). Les courbes de niveaux
deviennent des droites parallèles aux petits côtés du rectangle (Emmanuel Didon,
1995).
P = 2(L × l) (3)
𝑆 = 𝐿 × 𝑙 (4)
Avec : L : Longueur de rectangle équivalent, l : Largeur de rectangle équivalents :
Surface du BV, P : Périmètre du BV.
II.3.2.2 Caractéristiques d’un BV à la disposition altimétrique
Les caractéristiques d’un BV à la disposition altimétriques sont :
 Courbe hypsométrique : La plupart des facteurs météorologiques et hydrologiques sont
fonction de l’altitude, cela est intéressant afin d’étudier l’hypsométrie du BV par tranche
d’altitudes. Le relief d’un bassin est souvent caractérisé par la courbe de sa répartition
hypsométrique. Elle est tracée sur la figure 12 en reportant en ordonnée l’altitude Y, et en
abscisse le pourcentage de la surface du bassin dont l’altitude est à supérieure ou égale
à Y, rapportée à la surface totale du bassin. La répartition hypsométrique est donnée par le
pourcentage de la surface cumulé comprise entre les différentes courbes de niveaux à la
surface totale.
Figure 12 : Courbe hypsométrique

19
 Dénivelée
On définit la dénivelée" D" comme étant la différence de cote entre H5 % et H95 % :
𝐃 = 𝐇𝟓% − 𝐇𝟗𝟓% (5)
(H5% - H95%) : Les altitudes correspondent respectivement à 5% et 95% par apport à la
surface du BV la figure 13.
Figure 13 : Dénivelée sur la courbe hypsométrique
 Indices de pente
La connaissance des indices de pente est d’une grande importance car il est évident que
les eaux ruissellent d’autant plus que la pente des versants est grande. Les indices de
pentes permettent, comme pour certaines caractéristiques géométriques, de comparer les
BV entre eux en termes d’érosion hydrique.
 L’indice de pente Roche
L'indice de pente de roche caractérise la pente globale du BV. Le calcul de l'indice de
pente de roche « Ir » nécessite : le rectangle équivalent et la courbe hypsométrique. Il
s'exprime par l’équation suivante :
Ir =
1
√L
∑ √ai × di (6)
Avec : « Ir » : Exprimé par la moyenne de la racine carrée des pentes, mesurées sur le
rectangle équivalent et pondérées par les surfaces, ai : Est le pourcentage de la superficie
entre les courbes de niveau, di : Est la distance entre les courbes de niveau appelée aussi
dénivelée.
 L’indice global de pente
Sur la courbe hypsométrique, on prend les points tels que la surface supérieure
ou inférieure soit égale à 5% de « A ». On en déduit les altitudes H5 et H95 entre
lesquelles s'inscrit 90% de l'aire du bassin et la dénivelée.
D = H5% − H95% (7)
L'indice global est égal à : Ig = D/L (8)
Avec : L : Longueur du rectangle équivalent (m).
 Dénivelée spécifique DS
La dénivelée spécifique « DS » est indépendante de la surface et permet alors de comparer
des bassins détailles différentes. « DS » ne dépend que de l'hypsométrie « D » et de la
forme du bassin « l/L».

20
𝐷𝑠 = 𝐼𝑔√𝐴 =
𝐷
𝐿
√𝐿𝑙 (9)
Donc : 𝐷𝑠 = 𝐷√(𝑙/𝐿) (10)
II .3.2.3 Caractéristiques hydrographiques
Le réseau hydrographique est constitué de l'ensemble des chenaux qui drainent les eaux de
surface vers l'exutoire du BV. Le réseau hydrographique peut se caractériser par trois éléments :
 Hiérarchisation du réseau
Pour chiffrer la ramification du réseau, chaque cours d'eau reçoit un numéro fonction de
son importance. Cette numérotation, appelée ordre du cours d'eau, diffère selon les
auteurs ((Horton (1945), Strahler (1945), Shàdegeer (1965) et Doormkamp (1971)).
Parmi toutes ces classifications, nous adopterons celle de Strehler :
- Tout cours d'eau n'ayant pas d'affluent est dit d'ordre 1.
- Au confluent de deux cours d'eau de même ordre n, le cours d'eau résultant
est d'ordre (n + 1).
- Un cours d'eau recevant un affluent d'ordre inférieur garde son ordre, ce
qui se résume par :
n + n = n + 1 (11)
n + m = max (n.m) (12)
Avec : n.m : Ordres d’écoulement
Une hiérarchisation du chevelu hydrographique est donnée selon la figure suivante :
Figure 14 : Hiérarchisation du chevelu hydrographique
On remarque que l’échelle influe sur la détermination de l’ordre du réseau hydrographique. Il y’a
une différence entre l’ordre lu sur la carte et l’ordre réel qui révèle de la photographie aérienne,
ou d’une cartographie existante.
 Développement du réseau hydrographique
Pour la caractérisation d’un réseau hydrographique on fait appel souvent aux lois
d’HORTON. Ces dernières consistent à trouver une relation entre le nombre, la longueur
et l’ordre des cours d’eau. On pourra citer :
 Rapport de confluence : C’est le rapport constant définir par :
Rc = Ni/N(i + 1) (13)
Avec Ni : Nombre de cour d’eau d’ordre i.

21
Remarque : Dans un BV homogène est plus ou moins constant.
 Rapport de longueurs : C’est le constant définir par :
Rl = Li(i + 1)/L(i + 1) (14)
Avec Li : Longueur moyenne des cours d’eau de même ordre i.
 Densité de drainage : La densité de drainage est définie comme le rapport de la
longueur totale des cours d’eau à la surface du BV.
Dd = ∑ (Li)/S
n
1 (15)
Avec : Li : Longueur d’un vecteur d’ordre i .en (Km), S : Surface du BV en (Km2
).
 Densité hydrographique : La densité hydrographique est le rapport du nombre de
cour d’ordre i à la surface totale du BV.
Dh = ∑ (Ni)/ S
n
1 (16)
Avec : Ni : Nombre de vecteurs d’ordre i, S : Superficie du BV enKm2
.
 Profil en long d’un cours d’eau principal
Le profil en long est un graphique représentant les différentes élévations du fond du cours
d’eaux en fonction de la distance à l’embouchure. La figure 15 représente le profil en long
d’un cours d’eau.
Figure 15 : Profil en long d’un cours d’eau
II.4 Définition d’un MNT
Les MNT ou « Digital Terrain Model : DTM » décrivent la surface d‘un terrain sous une forme
numérique, à partir d’un échantillon de points observés, dont le nombre et la répartition
permettent de calculer par interpolation et en tous points, la côte (l’altitude) Z = F(x, y). De façon
concrète, on peut dire qu‘un MNT est constitué de points connus en coordonnées (Peu importe
les systèmes de références choisis) qui donnent une représentation partielle du terrain. La surface
topographique étant continue, il faut choisir une méthode d’interpolation qui déterminera
l’altitude de points quelconques en fonction des altitudes des échantillons initiaux. Un MNT peut
être relié à un ou plusieurs systèmes de coordonnées.
II.4.1 Méthodes d'interpolation et structures de données
Il existe plusieurs méthodes d’interpolation comme suit :
II.4.1.1 Méthodes d'interpolation à partir d'une grille régulière
Dans le cas de la grille régulière, c'est l'interpolation bilinéaire qui est couramment utilisée.
L'interpolation bilinéaire est réalisée sur base des altitudes des quatre nœuds qui définissent la

22
maille englobant la position à interpoler. D'autres techniques telles que l'interpolation
polynomiale cubique peuvent être utilisées. D'une manière similaire à l'interpolation bilinéaire,
l'interpolation polynomiale cubique consiste généralement à estimer une valeur altimétrique au
point inconnu pour chacune des directions horizontale (Parallèle à l'axe des abscisses x) et
verticale (Parallèle à l'axe des ordonnées y), ainsi qu'un coefficient de pondération associé à
chacune des deux directions. Ces deux valeurs sont ensuite combinées pour produire la valeur
altimétrique finale. Cependant, une telle approche fait appel à quatre points de mesure dans
chacune des directions, ce qui augmente considérablement les exigences en temps de calcul
(Kasser.Michel, 2001).
II.4.1.2 Méthodes d'interpolation à partir d'un TIN
Dans le cas d'un réseau « TIN », la méthode d'interpolation peut être basée sur une fonction
linéaire simple, considérant le triangle comme un plan, ou plus complexe à base de polynômes de
degrés plus élevés. La technique d'interpolation linéaire considère la surface du terrain comme
des facettes de surface continue formées par des triangles. La valeur à interpoler est calculée sur
base des altitudes des sommets du seul triangle contenant le point à déterminer. Son désavantage
est qu'elle produit une discontinuité des dérivées du premier ordre (Pente) aux bords des
triangles. Ceci crée la possibilité de variations brusques de la pente en passant d'un triangle à
l'autre. L'interpolation linéaire devrait être utilisée quand les mesures sont assez représentatives
vis-à-vis des éléments caractéristiques de la morphologie du terrain tels que les maximaux et
minimaux locaux, les points d'inflexion (Changement convexe-concave), les lignes de rupture,
etc. Similaire à la technique d'interpolation linéaire, l'interpolation polynomiale considère la
surface du modèle comme étant lisse et cherche à assurer une meilleure continuité de forme entre
facettes triangulaires. Ainsi, la normale à la surface varie continuellement à l'intérieur de chaque
triangle. Cet aspect de lissage est réalisé en considérant, lors de l'interpolation de la valeur
altimétrique d'un point, la géométrie des triangles voisins de celui contenant le point à déterminer
(Kasser.Michel, 2001).
II.4.1.3 Méthodes d'interpolation à partir de courbes de niveau
Pour une triangulation originaire d’une numérisation des courbes de niveau on doit satisfaire une
condition supplémentaire :
Le triangle construit ne peut s’appuyer sur trois points d’une même courbe de niveau (Figure 16)
(Polidori et laurent, 1995).
Figure 16 : Interpolation TIN à partir des courbes de niveau
II.4.2 Echantillonnage
Les données brutes, que l’utilisateur acquiert, sont disposées de manière tout à fait irrégulière et
ne nous permettent pas d’avoir une connaissance complète de l’altitude du terrain. Pour disposer
d’un MNT, il faut être capable d’estimer l’altitude en tout point de notre zone d’étude à l’aide

23
d’une méthode d’interpolation mais pour cela un ré échantillonnage est nécessaire. Il existe trois
structures principales d’échantillonnages des altitudes :
II.4.2.1 Echantillonnage régulier
Cet échantillonnage consiste à superposer une grille régulière à la zone de travail et à déterminer
l’altitude de chaque nœud de la grille à l’aide d’une méthode d’interpolation. Toutes les mailles
de la grille ont la même taille et la même forme indépendamment du paysage représenté. La
maille régulière la plus fréquemment utilisée est la maille carrée et l’on obtient dans ce cas une
grille matrice (Raster). La valeur d’altitude d’une maille donnée (Pixel) sera égale à la valeur du
nœud qu’elle contient.
II.4.2.2 Echantillonnage semi régulier
Cet échantillonnage permet de s’adapter aux variations locales du relief. La résultante d’un tel
échantillonnage est une grille dont les mailles seront lâches si le relief est régulier (Ex : Terrains
plats, pente uniformes) et fines si le relief varie (Ex : Changements de pentes). Des algorithmes
permettent de calculer la courbure en tout point du modèle. Si celle-ci s’avère supérieure à un
seuil fixé alors la maille est divisée en deux afin de donner une meilleure restitution du relief.
II.4.2.3 Echantillonnage irrégulier
Il utilise une grille dont les mailles ont une forme donnée mais une taille variable. L’exemple le
plus connu d’échantillonnage irrégulier est le format TIN dans lequel les coordonnées
tridimensionnelles de 3 points forment des triangles irréguliers. Tous les triangles irréguliers sont
reliés entre eux pour représenter la surface entière. La triangulation de delaunay est très souvent
utilisée dans les logiciels qui offrent une méthode de triangulation.
II.5 Représentation d’un MNT
Il existe deux modes de représentation de MNT :
II.5.1 Représentation matricielle ou format raster
Dans la représentation matricielle, les données sont régulièrement espacées. C’est le pas
d’échantillonnage qui indiquera l’intervalle entre les pixels du MNT raster (Figure 17).
Un MNT raster est donc constitué d’un ensemble de pixels répartis en lignes et en colonnes. Dans
les structures d’échantillonnage régulier, les nœuds de la grille représentent le centre de chaque
pixel du MNT raster. En affectant un niveau de gris ou une couleur à une fourchette d’altitude
donnée, on obtient un MNT raster. Généralement, plus l’altitude est élevée et plus la couleur est
foncée. Le format raster peut se visualiser en 2D ou 3D mais dans la plupart des cas, on se
contentera d‘une visualisation 2D. Cette représentation et très souvent employé dans les SIG.
Figure 17 : Vue perspective d’un MNT raster
II.5.2 Représentation vectorielle ou format vecteur
Le mode de représentation vecteur signifie que ce sont des éléments vecteurs (Points, lignes et
polygones (Figure 18) qui permettent de définir le MNT. Dans ce genre de représentation, on

24
retrouve par exemple les courbes de niveau, les profils, les points côtés et les TIN. Tout comme
les MNT raster, les MNT vecteurs sont visualisables en 2D ou 3D.
Figure 18 : Mode de représentation du MNT
II.6 Résolution d’un MNT
La notion de résolution est fondamentale pour un MNT. Elle correspond à la plus petite distance
entre deux éléments distincts. Le degré de résolution est déterminé selon le besoin, la précision
du terrain (Peut être finie ou infinie), permettant la visibilité à n’importe quelle échelle ou
uniquement dans un certain intervalle (Laborde.J.P, 2009). Pour un MNT, on distingue deux
résolutions :
II.6.1 Résolution planimétrique
La résolution planimétrique, appelée également résolution spatiale, relative à la position
planimétrique de deux points. Cette notion de résolution nous conduit de définir un paramètre
important pour la résolution :
 Le pas d’un MNT : C’est la distance
planimétrique entre deux points adjacents connus en coordonnées altimétrique. On peut
l’exprimé par la formule suivant :
Pas(m) = √
Surface de la zone (m²)
Nombre de points
(17)
II.6.2 Résolution altimétrique
La résolution altimétrique est relative à l’unité de mesure des valeurs d’altitude.
Exemple : Lorsque le MNT est présenté sous forme d’une image matricielle, la résolution
planimétrique correspond à la taille du pixel ou de la maille, qui est généralement de l’ordre de
quelques mètres, la résolution altimétrique est bien souvent inférieure, de l’ordre métrique,
décimétrique ou centimétrique suivant le mode de mesure de l’altitude. Il faut noter que ces deux
résolutions définissent une gamme d’échelles pour l’utilisation de ce modèle de surface.
II.7 Indices hydro-morphométriques
En général, en pourra résumer les principaux indices morphométriques comme suit :
II.7.1 Indice d’humidité topographique ou Topographic Wetness Index « TWI »
L’indice TWI permet de définir les zones à forte susceptibilité de glissement de terrain et de
coulées boueuses, et la détermination des zones potentiellement humides sur les versants. Sa
formulation mathématique est donnée selon (Beven.k.J & Kirby, 2001), (Wilson & Gallant,
2000) par :
TWI = ln(
As
Tan(β)
) (18)
Avec : ( ) : Pente du terrain en degrés, As : Zones d’accumulation des flux (m²).

25
II.7.2 Indice de transport des sédiments ou Sédiment Transport Index « STI »
L’indice « STI » exprime l’effet de la pente sur la perte en sol. Son expression indique des zones
à fortes probabilités érosives dues aux ruissellements. Contrairement au facteur de longueur de
pente, il est appliqué aux surfaces tridimensionnelles (Burrough et Mcdonnel, 1998). Il est donné
par la formulation mathématique suivante :
(19)
Avec : m : Exposant des surfaces de contribution à l’écoulement (Pour RUSLE : m=0.60), n :
Exposant des surfaces de contribution à l’écoulement (Pour RUSLE : n=1.3), As : Zone
d’accumulation des flux (Une transformation logarithmique des valeurs est requise) (m²), B :
Gradient de pente local (En degrés).
II.7.3 Indice du pouvoir érosif « SPI »
L’indice SPI ou RSP (Revised Stream Power) exprime le pouvoir érosif (Arrachement des
particules) des écoulements de surfaces. Il exprime la susceptibilité d’un terrain à être érodé par
les eaux de ruissellement. Il est calculé d’après (Wilson, 2000) selon la relation :
(20)
Avec : As : Zone d’accumulation des flux (m²). B : Gradient de pente local (en degrés et B <14°).
P : Valeur de l’exposant de la surface de contribution à l’écoulement (Généralement : (0 < p
<=1)) qui varie entre la zone d’accumulation et la sédimentation. Les valeurs du « SPI »
indiquent les zones à érosion possibles par la concentration d’écoulement par ruissellement
II.7.4 Indice d’inclinaison de pente (LS : USLE/RUSLE)
Le facteur topographique comporte deux éléments : inclinaison « S » et longueur « L » de pente.
Dans le cas de pentes faiblement inclinées, l’érosion sous forme de « splash » et l’érosion diffuse
est due surtout à l’énergie cinétique délivrée par la pluie (Roos.E, 1994). Au-delà d’une pente
supérieure à environ 2%, l’érosion connaît une croissance exponentielle due à la formation de
rigoles et à l’augmentation, avec la vitesse de ruissellement, des taux d’érosion diffuse. Le
facteur « S » est traité à partir du MNT (Pas de 30 m) converti en carte des pentes. Il est estimé
grâce à deux régressions simples appliquées en fonction de l’angle d’inclinaison de la pente (θ) :
Si la pente à 9% : (21)
Si la pente > 9% : (22)
L’emploi d’un seul paramètre (Sin θ) pour calculer S rend sa répartition spatiale très proche de
celle des pentes. Les secteurs les plus pentus présentent donc des valeurs de S élevées.
Théoriquement, les longueurs d’écoulement sont intégrées dans le modèle en rapportant la
longueur λ (m), calculée entre le sommet du versant et le début de la zone concave (Renard.al.,
1997), à la longueur de la parcelle expérimentale de RUSLE (22,1 m). L’ensemble est élevé à
l’exposant m, sans dimension, intégrant l’inclinaison de la pente (θ) et la rugosité du sol (0,5 < ξ
< 2) aux calculs.
(23)
(24)
(25)
Avec : m et paramètres d’ajustement hydro topographique

26
II.7.5 Indice de dégradation des sols
Il exprime la dégradation spécifique des sols et donc l’érosion spécifique. Il est calculé selon :
(26)
II.7.6 Indice de d’aggradation des sols
Il exprime l’aggradation spécifique des sols et donc la sédimentation potentielle. Il est calculé
selon : (27)
Avec : As : L’accumulation des flux, β : Pente en degré.
II.7.7 Indice de ravinement
L’indice de ravinement exprime l’érosion ravinaire selon la contribution de l’aire d’alimentation
des écoulements et de la pente locale et la courbure des versants. Il est calculé selon :
(Moose et al, 1991) : (28)
(Thom et al, 1996) : (29)
Avec : W : Courbure en plan.
II.8 Risque érosif
II.8.1 Phénomène de l’érosion
Du verbe latin "erodere" qui signifie ronger, l'érosion est un phénomène naturel ou non qui ronge
la terre (Latrille, 1979). C'est un processus au cours duquel des particules du sol sont libérées
puis déplacées par un agent de déplacement qui est soit l'eau soit le vent.
Selon (Girard.M.C, et al., 2005), l’érosion peut être définie comme un phénomène de
déplacement des matériaux à la surface du sol sous l’action de l’eau, du vent, de l’homme ou
simplement de la gravité (Girard.M.C, et al., 2005). Dans la suite de cette section, les principaux
mécanismes et facteurs contribuant au phénomène de l’érosion (En milieu tropical) seront
brièvement abordés (Paul-Hus, 2011).
II.8.2 Forme de l’érosion hydrique
Il existe plusieurs formes de l’érosion à savoir :
II.8.2.1 Erosion en nappe
Ce type d’érosion s’effectue sur toute la surface du sol. A la surface des terres agricoles,
forestières ou à pâturages, les particules de sol sont détachées par la pluie et emportées par le
ruissellement. Ceci prend la forme d'érosion dite en nappe avec une mince lame d'eau s'écoulant
sur une pente douce des hautes terres. Quantitativement, l’érosion en nappe est très modeste en
Algérie, les pertes en terres estimées par ce type d’érosion sont de 0,10 à 20 t/ha/an (Roos.E,
1994). Le transport de sédiments concerne particulièrement les particules fines : Comme l’argile
et le limon, les matières organiques de faible masse volumique telles que les résidus de culture et
les déjections animales ou encore les fertilisants épandus sur les parcelles cultivées.
II.8.2.2 Erosion linéaire
Cette forme d’érosion se manifeste dès que les filets d’eau se concentrent sur des lignes de plus
forte pente. Elles exercent ainsi sur le sol une force de cisaillement permettant de creuser des
formes de plus en plus profondes dans le sol en arrachant des particules de plus en plus grosses :
Graviers, cailloux voir des blocs, de petits canaux naissent que l’on peut diviser en trois types :
Griffes (Quelques centimètres de profondeur), rigoles (La profondeur dépasse 10 cm), ravines
(Quelques mètres).

27
II.8.2.3 Erosion en griffes et rigoles
L’écoulement se concentre davantage pour créer son passage sous forme de griffes d’abord en
suite l’eau de ruissellement vient renforcer l’agrandissement de cette forme par des incisions bien
définies faisant apparaitre des rigoles quoique petite à la surface de la terre (Heusch, 1970).
II.8.2.4 Erosion en ravine
L'érosion en ravine c'est la dissection de la surface du sol par un chenal profondément découpé
dans les terres se formant à l'aval d'un bief non incisé et créant ainsi une rupture de pente brutal
(Figure 19). L’essentiel du transport solide provient des ravines et des oueds (Heusch, 1970), en
effet des averses de fréquences rares tombant sur des sols déjà saturés de faibles épaisseur sont à
l’origine de la formation de ravines de l’apparition de mouvements de masse et d’inondation
(Allé ,1984 ; Gallart et Clotet-Perameau, 1988 ; Roose et De Noni ,1998) Lors d’averses
exceptionnelles le ruissellement de sols limoneux encroutés en permanence peut augmenter de 15
à 60-90 %. Les ravines acquiert des tailles de l’ordre du mètre lors d’évènements exceptionnels
(Castro et al, 2000), les mouvements de masse sont importants lorsque les roches argileuses.
Figure 19 : Erosion par ravinement
II.8.2.5 Mouvements de masse
Les mouvements de masse marquent souvent une évolution très avancée, voire irréversible. En
effet, ils sont particulièrement fréquents dans les secteurs marneux et argileux très humides. Ils
trouvent, dans les versants modelés par la solifluxion souvent ancienne, un terrain de
prédilection. Ce sont des accidents de tailles variées, de quelques mètres à quelques kilomètres
parfois. Les versants atteints par ces mouvements de masse présentent un paysage chaotique.
C'est une succession de replats, d'abrupts et de contre-pentes isolant des dépressions fermées
(Sari.D, 1977). Ils affectent à la fois les sols et les formations détritiques. Les glissements en
planche sont liés à un sapement de l'oued à la base des versants aux roches tendres. Les formes de
glissement sont assez répandues dans le bassin. Ils sont remarquables dans les formations argilo-
gypseuses.
II.8.3 Facteurs d’érosion
II.8.3.1 Agressivité des pluies
L'érosivité du climat dépend essentiellement des caractéristiques des précipitations, car elles
conditionnent les modalités de l'érosion : saisonnalité des pluies, fréquence et intensité des
orages. En effet, les pluies déclenchent les phénomènes de destruction des agrégats du sol nu sur
les versants et le ruissellement assure le transport des particules détachées. Ainsi, les

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