Apports de la télédétection, de la géomatique et du modèle numérique de terrain topo-bathymétrique intégré pour l'aide à la gestion des milieux humides littoraux : application à l'estuaire de la Rance (Ouest de la France) et au lac Ichkeul (Nord de la Tunisie)

par Zeineb Kassouk

Thèse de doctorat en Sciences de l'information géographique

Sous la direction de Benoît Deffontaines et de Jamila Tarhouni.

Soutenue le 13-11-2009

à Paris Est, dans le cadre de Information, Communication, Modélisation et Simulation, en partenariat avec Laboratoire Géomatériaux et Géologie de l'Ingénieur (G2I) (laboratoire) .

Le président du jury était Rached Boussema.

Le jury était composé de Benoît Deffontaines, Jamila Tarhouni, Rached Boussema, Hervé Nicolas, Thang Do-Chi, Zohra Lili-Chabaane, Zeineb Ghrabi.

Les rapporteurs étaient Rached Boussema, Hervé Nicolas.


  • Résumé

    Les milieux humides littoraux sont des systèmes écologiques complexes qui résultent des interactions entre des processus hydrologiques, géomorphologiques et biologiques. Ils sont généralement très convoités pour leurs intérêts tant écologiques qu’économiques. Plusieurs approches ont été employées pour mieux comprendre leurs évolutions spatiotemporelles en fonction de perturbations aussi bien naturelles qu’anthropiques qu’ils subissent. Les outils de la télédétection et des potentialités des Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) ont été largement développés. Ainsi dans cette étude, on propose une approche cartographique de deux milieux humides, basée sur la classification orientée-objet des photographies aériennes et les images satellitaires multidates et multi-résolutions et utilisant un modèle numérique de terrain (MNT) topo-bathymétrique intégré pour étudier ces perturbations. Cette approche a permis d’étudier l’évolution de deux milieux humides situés dans deux contextes climatiques et géographiques différents qui sont l’estuaire de la Rance situé à l’ouest de la France dans un contexte tempéré océanique et ayant subi la construction d’un barrage marémoteur (aménagement hydraulique majeur) en 1966. Le deuxième milieu est le lac de l’Ichkeul situé au nord de la Tunisie, un des milieux humides les plus importants de la méditerranée qui est sujet à des aménagements hydrauliques continus et fortement dépendant des perturbations climatiques. Pour l’exemple de l’estuaire de la Rance, l’étude des évolutions géomorphologiques a été effectuée en utilisant des comparaisons du MNT intégré réalisé dans le cadre de cette étude à partir de données bathymétriques et topographiques acquises avant la construction du barrage marémoteur avec des données bathymétriques acquises en 1982 puis en 1998. On a par exemple confirmé localement les évolutions de la topo-bathymétrie. On révèle la déviation du chenal principal, ainsi que l’érosion des zones situées à l’aval à proximité du fort courant ou bien au contraire leur sédimentation dans les zones protégées de l’action des courants. L’étude de l’évolution de la végétation du schorre (herbus) a été effectuée par deux méthodes : une cartographie surfacique multidate de la végétation à partir des photographies aériennes acquises en 1953, 1961, 1966, 1978, 1982, 1996 et une orthophotographie aérienne acquise en 2002 et une cartographie de la végétation du schorre faite en exploitant les capacités de segmentation des images à haute- résolution spatiale offertes par la méthode de classification orientée-objet et le modèle topobathymétrique intégré. Cette étude comparative a montré que la surface globale du schorre a augmenté suite à la mise en place du barrage marémoteur, une tendance à l’équilibre des surfaces est observée depuis 1978. Un nouvel équilibre global s’est instauré dans l’estuaire douze ans après la construction du barrage marémoteur. Dans le cas de l’étude du milieu humide du lac Ichkeul, correspondant au deuxième exemple étudié ici, la méthode de classification orientée-objet a été utilisée pour la cartographie de l’évolution de la végétation en utilisant des images satellitaires multisources, multi-résolutions et multidates (MSS-Landsat (1972), TM-Landsat (1987), ETM+ Landsat (2001) and Aster-Terra (2007)) et le MNT topobathymétrique intégré. Cette méthode a permis d’identifier les principales communautés végétatives caractéristiques des marais de l’Ichkeul, à savoir la communauté à base de Sarcocornia fruticosa, la communauté à base d’Hordeum Marinum, la communauté à base de Visnaga Daucoides et la communauté à base de Bolboschoenus. L’évolution morphologique du lac est étudiée en comparant le MNT topo-bathymétrique intégré réalisé à partir de données topographiques et bathymétriques acquises en 2003 avec des données bathymétriques acquises en 1967, 1983, 1986 et 1993. Elle fait apparaître le déplacement des zones d’accrétion et de sédimentation dans le lac suite aux aménagements hydrauliques ainsi on relève : (1) une érosion dans la partie est du lac entre 1967 et 1982 (2) un engraissement aux alentours de l’écluse entre 1982 et 1986 et (3) un déplacement des zones les plus profondes vers le sud-ouest du lac et un comblement de la partie du lac située au pied (nord-est) du Djebel Ichkeul depuis 1993. Cette étude a montré que les modifications drastiques des apports d’eau et les perturbations climatiques constituent les principales causes des altérations physiques du milieu humide de l’Ichkeul. Le retour à une dynamique naturelle est loin d’être atteint et dépend fortement des interventions humaines et des facteurs climatiques. La méthode utilisée ici a permis d’étudier deux milieux humides différents et leurs évolutions en se basant sur le degré de complexité de chacun d’eux ainsi que sur le type de la perturbation qu’ils subissent, permettant ainsi de différencier les tendances d’évolution actuelles (stabilité ou évolution) de chaque milieu. L’étude du contexte géomorphologique associant (1) les évolutions de la végétation des milieux humides, et (2) l’exploitation de la classification orientée-objet, multidates et multi-résolutions, à partir d’une approche intégrée de télédétection utilisant les SIG présente par conséquent un fort potentiel pour proposer et optimiser les modes de gestion adaptés aux objectifs de préservation des zones humides et de développement durable en général

  • Titre traduit

    The use of remote sensing and the combined topo-bathymetric model to monitoring coastal wetland area : case studies of the Rance Estuary (West France) and the Ichkeul Lake (North Tunisia)


  • Résumé

    Coastal wetlands are an important component of the natural environment of the coastal zone. Wetlands are affected by hydrologic and geomorphic controls that must be taken into consideration when attempting to understand wetland responses to disturbance, provide information for better wetland management, or aid in the restoration of lost habitat. The functioning of coastal wetlands is a result of complex linking of distinct biological, geomorphologic and human factors interacting in varying scales. Natural water circulation and water quality can altered the natural behaviours of that ecosystem. Remote sensing techniques (pixel based classification methods) and geographic information system are well used herein in monitoring coastal wetlands areas. But they are confronted to many difficulties such as combing together both onshore and offshore data and process and discriminate wetlands from uplands areas. The overall goal of our study is to develop improved methods for wetland monitoring and management in two cases studies those are located in different areas and climate zones, which are : - The Rance estuary in Western France is subject to many morphologic and biological modifications due to the management of the Rance tidal power station since 1966. The construction had required isolating completely open sea from the Rance estuary for more three years. Since that time, some environmental changes took place in the Rance estuary area, such as modifications and disappearance of sandbanks in some areas, leading to a new equilibrium since 1978. - The Ichkeul Lake in the North of Tunisia is one of the most important wetlands in the Mediterranean region. However, the decreasing of water discharge into the lake caused by the damming of three of the six major rivers feeding the lake coincided with severe drought periods, restricting supplies of fresh water, and modifying saltmarsh vegetation communities and other significant wetland degradation. Furthermore, one specific objective of our work is to investigate the capabilities of the object oriented classification methods combined to integrated topographic-bathymetric digital terrain model in those areas. In the case study of the Rance estuary morphological evolution after the settlement of the tidal power station is done by the comparison of the integrated Topographic-Bathymetric Digital Terrain Model (DTM), combining the 1953 bathymetric data, and 1957 topographic ones, with bathymetric profiles acquired in 1982 and 1998. It shows that increase of topography corresponding to accretion is frequently observed in coves characterised by low current energy. In contrast, the places exposed to high currents present generally strong eroded features, which decrease and erode the topography. The meandering of channels has also observed through time. The use of object-oriented classification of aerial photographs, acquired between 1953 and 2002 and the integrated DTM of salt marshes area in the Rance estuary, enhanced their surface regression from 1953 to 1978. It shows their stability since, due to hydrologic modifications induced in the Rance estuary after the tidal power plant management such us the change of tidal range and the period of slack water. In the case study of the Ichkeul, the application of object-oriented classification approach to identify Ichkeul wetland vegetation is based on the following multi-spectral imagery: the MSSLandsat (1972), TM-Landsat (1987), ETM+ Landsat (2001) and Aster-Terra (2007) acquired in growth period of vegetation. Results show the declining of vegetation communities in Ichkeul wetlands exposed to alternative fresh and salt-water diversion. Sarcocornia fruticosa, communities, Hordeum communities are the largest units in the study area. The Bolboschoenus communities is absent in the 1987 and 2001 vegetation maps. This is conformed by previews studies witch are showing that due to dry periods and rivers damming the Bolboschoenus disappeared for many years. The monitoring the lake Ichkuel sedimentation process was done by comparison of five sets of bathymetric data taken in 1967, 1983, 1986, 1993 and 2003. It shows the alteration of sedimentation process in the Ichkeul Lake as behaviour of the coastal zone after the settlement of dams. To conclude, owing to difference of climatic and hydrodynamic characteristics the responses of coastal wetland to natural and human will vary according to difference of their geomorphology and ecology. The Rance estuary seams to have new ecology balance ten years after the settlement of the tidal power station. However, the Ichkeul Lake is still affected by anthropogenic and climatic factors. Therefore, the used methodology provides detailed information on wetland vegetation and adjacent land-use/land-cover types in schorre wetland areas in the cases of the Rance estuary, and the Ichkeul marches areas. This technique is combining both integrated DTM and remote sensing data that is a useful tool for wetland vegetation monitoring and for resolve some major classification confusions that occur in such wetland areas

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