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UNIVERSITE DE GENEVE Faculté des Sciences
Certificat de spécialisation en Géomatique
ELABORATION D’UN SIG POUR LA GESTION DES ZONES A RISQUE DE GLISSEMENTS DE TERRAIN
DANS LE QUARTIER DE VILLATINA MEDELLIN, COLOMBIE.
Mémoire de certificat de spécialisation en Géomatique
ADIELA MARTINEZ
Sous la direction du Dr. Jean-Michel Jaquet Chef de la Section Observation de la Terre, UNEP/DEWA Genève et de
l’Unité de Télédétection et de Système d’Information Géographique, Sciences de la Terre, Université de Genève
Février 2003
2
TABLE DES MATIERES
Page
1. INTRODUCTION 6
2. PRESENTATION DE LA REGION ETUDIEE 7
2.1 TOPOGRAPHIE 7
2.2 CLIMAT 8
2.3 GEOLOGIE 8
2.4 HYDROLOGIE 9
2.5 DESCRIPTION DU GLISSEMENT DE 1987 9
3. LES SYSTEMES D'lNFORMATION GEOGRAPHIQUE (SIG) 10
3.1 INTRODUCTION 10
3.2 LE SIG DE VILLATINA 10
3.3 ACQUISITION DES DONNEES 11
3.3.1 COMPOSITION DU SIG DE VILLATINA 12
3.3.2 CARTE DE BASE 13
3.3.3 CARTES DERIVEES 16
4. ZONES EXPOSEES A L’ALEA DE GLISSEMENT 17
4.1 INTRODUCTION 17
4.2 DEMARCHE DU TRAVAIL 17
4.2.1 CONDITION PENTE 18
4.2.2 CONDITION GEOLOGIE 18
4.2.3. CARTE DES PARCOURS DES GLISSEMENTS 18
5. CARTE D’ALEA DE GLISSEMENT 19
3
Page
6. CARTE DE RISQUE DE GLISSEMENTS DU QUARTIER DE 20 VILLATINA ( ANNEES 1989 ET 1959)
7. CONCLUSIONS 21
8. BIBLIOGRAPHIE 22
9. REFERENCES WEB 23
4
FIGURES
1. LOCALISATION DU QUARTIER DE VILLATINA, MEDELLIN 2. PANORAMIQUE DE VILLATINA ET D’AUTRES QUARTIERS DANS DES
PENTES ORIENTALES DE MEDELLIN 3. GLISSEMENT DE VILLATINA, PARTIE HAUTE DU QUARTIER 4. PANORAMIQUE DE VILLATINA, MEDELLIN, 2000 5. GLISSEMENT DE VILLATINA, 1987. PARTIE INFERIEURE
D’ACCUMULATION 6. LES COMPOSANTES D’UN SIG 7. DEMARCHE SUIVIE DANS LA CONSTRUCTION DES CARTES DE RISQUES
DE VILLATINA 8. CARTE TOPOGRAPHIQUE ET HYDROLOGIQUE 9. CARTE GEOLOGIQUE DE VILLATINA 10. MODEL NUMERIQUE D’ALTITUDE. 11. CARTE D’ALEA AVEC UNE PENTE 20% 12. CARTE D’ALEA AVEC UNE PENTE 30% 13. CARTE DE RISQUES VILLATINA 1989 AVEC UNE PENTE 20% 14. CARTE DE RISQUES VILLATINA 1989 AVEC UNE PENTE 30% 15. CARTE DE RISQUES VILLATINA 1959 AVEC UNE PENTE 20% et 30% 16. CARTE DE RISQUES VILLATINA 1989 AVEC UNE PENTE 20% et 30%
ET AVEC UNE LARGEUR POSSIBLE ET TRAJECTOIRE D’UN GLISSEMENT PRODUIT DANS LA PARTIE HAUTE.
ANNEXES
1. TABLE DES ATTRIBUTS DE VTCOURVAS.SHP (Courbes de Niveau) 2. CARTE DES NICHES D’ARRACHEMENT ET DU GLISSEMENT DE 1987 3. POLYGONES SIMPLIFIES DES MAISONS ET ROUTES DU QUARTIER DE VILLATINA DANS LES ANNEES 1959 et 1989 4. PHOTOGRAPHIES AERIENNES (4a, 4b, 4c, 4d) 5. CONTOURS D’ALTITUDE A PARTIR DU MODELE NUMERIQUE 6. CARTE DE PENTE 7. CARTE CONDITION PENTE 20% 8. CARTE CONDITION PENTE 30%9. CARTE CONDITION GEOLOGIE 10. CARTE PARCOURS DES GLISSEMENTS
TABLES
1. TABLE DES ATTRIBUTS DE GEOLOGIE 2. LISTE DES THEMES DU SIG VILLATINA
5
REMERCIEMENTS
Je tiens a remercier sincèrement le Dr. Jean-Michel Jaquet, directeur de ce mémoire, qui m’a enseigné les bases de l’utilisation et organisation d’un SIG. Alors que je me sentais perdue au milieu de dizaines de fichiers désordonnés ses conseils et sa patience m’ont permis de faire de ce travail une réalité.
Je remercie le Professeur Hussy, directeur du département de géographie, qui a bien voulu accepter ce travail dans le cadre du certificat de géomatique.
J'aimerais également remercier mes camarades géologues à Medellín Mario Flores et Luis Sanchez qui m'ont fourni toute l'information nécessaire pour réaliser ce travail
Mes remerciements vont également à mon beau-père Jean Fabre qui a eu la gentillesse de corriger mon orthographe quelque peu incertaine.
Merci aussi à mes camarades Ola Norbeck et Manuel Barranco qui m’ont aidé par leurs conseils et leur amitié tout au long de ce travail.
6
1. INTRODUCTION
Le quartier de Villatina de Medellín (Colombie) est localisé sur le flanc oriental de la vallée du rio Medellín. En raison des conditions géologiques et topographiques, ce quartier est soumis à plusieurs aléas naturels, en particuliers à des glissements de terrains de différentes magnitudes, tel que celui de 1987, et à des coulées de boue le long des petites rivières qui le traversent.
Le glissement de 1987 est l’une des grandes catastrophes naturelles qui ont eu lieu en Colombie dans une zone urbaine. Le nombre des victimes a été entre 450-500, avec plus de 120 maisons détruites.
Ce travail présente l’utilisation d’un Système d’Information Géographique (SIG) sous ArcView pour la modélisation et la gestion éventuelle des aléas du quartier de Villatina. Il présente la démarche suivie pour l’utilisation d’un SIG dans l’élaboration de cartes définissant les zones soumises au risque de glissement. En raison de la variété des informations géoréférées qui sont nécessaires à l’élaboration d’une carte de risque, les SIG sont une aide indispensable pour intégrer différentes couches d’informations telles que la topographie, la géologie, l’hydrographie, la répartition spatiale de l’habitat et de la densité de population, (OEA, 1991).
L’utilisation des photos aériennes de différentes années permet d’étudier le développement du quartier et l’évolution de la vulnérabilité de la région en fonction du temps.
Le SIG de Villatina est composé de plusieurs couches d'information de base (carte topographique, carte géologique, carte des niches d’arrachements, carte du glissement de 1987, hydrologie et photos aériennes des années 1959 à 1994). Ces données originellement disponibles sur papier ont été numérisées sur une table à digitaliser, ou alors scannées. Un référentiel géographique commun a été attribué à chaque couche afin que tous les plans d’information vecteurs et rasters possèdent les mêmes coordonnées.
Plusieurs programmes (ArcView, Idrisi, Didger, Microstation) qui permettent la digitalisation, le traitement et l’intégration d’informations géoréférées ont été utilisés pour produire des cartes de risques du quartier de Villatina. Les observations obtenues lors du glissement de 1987 et la carte des niches d’arrachement permettent de définir des critères géologiques et topographiques ainsi que des parcours potentiels de glissements. Ces critères sont utilisés pour définir un modèle simple afin de cartographier les zones à risques.
Le même modèle est appliqué sur le plan du quartier dérivé de la photo aérienne 1959 qui montre la distribution de l’habitat quand le quartier a commencé à se développer et de la photo aérienne 1989 qui montre le quartier avec une distribution de l’habitat très semblable à l’actuelle. Le résultat du modèle montre comment, en raison de l’augmentation de la construction sans carte des zones d’aléa, ce quartier de Medellin est devenu l’un des plus exposé aux risques géologiques. L’aléa lui-même n’a pas beaucoup changé, c’est la vulnérabilité qui a augmenté par accroissement de la population dans la zone à risque.
L’évolution de la législation des zones à risques en Colombie, et en particulier dans la ville de Medellín pendant les 10 dernières années, a été présentée dans le cadre d’un certificat du Centre d’Etudes des Risques Géologiques, CERG-UNIGE (Martinez, 2003). Ce travail décrit
7
aussi comment les autorités de Medellín ont réagi pendant et après la catastrophe du glissement de Villatina.
2. PRESENTATION DE LA REGION ETUDIEE
Le quartier de Villatina se situe au NE de la ville de Medellín [1] * sur le flanc du Cerro Pan de Azucar, près de la Quebrada Santa Helena, un des principaux affluents du Rio Medellín (Figure 1).
La ville de Medellín (deux millions d’habitants, deuxième ville de la Colombie) est construite dans la vallée du Rio Medellín [2]. Originellement, la ville s’étendait sur le fond plat de la vallée, mais, lors de son agrandissement rapide durant les 30 dernières années, les pentes raides bordant la vallée ont été aussi occupées par des constructions, de manière légale ou illégale.
Les altitudes du quartier varient entre 1600 et 2000 mètres avec des pentes modérées à fortes, jusqu'à 45%. La figure 2 montre une vue récente (année 2000) du quartier de Villatina et d’autres quartiers construits sur les pentes raides du NE de Medellin. Les figures 3 et 4 montrent des vues du lieu du glissement de 1987 et du quartier de Villatina.
Le quartier de Villatina a été construit progressivement durant les 50 dernières années par invasions illégales de terrains abandonnés ou privés, non prévus pour être construits dans le plan de développement de la ville. Les premières maisons de la partie basse du quartier ont été construites de manière plus ou moins planifiée. Par contre, la partie haute de Villatina est située dans une zone très raide où s’installaient illégalement des personnes chassées vers la ville par la violence régnant dans d’autres régions de Colombie ou, simplement, des gens qui ne pouvaient pas acquérir de terrain dans la zone basse plus chère. Les photos aériennes prises entre 1959 et 1994 montrent l’évolution de la construction du quartier de Villatina.
Après la catastrophe du glissement de terrain de 1987, la municipalité a dû intervenir dans la planification du quartier et plusieurs maisons ont dû être relocalisées. La zone a été déclarée « Campo Santo », ce qui est souvent un excellent moyen pour éviter que des gens ne s’y ré-établissent après une dizaine d’années.
2.1 TOPOGRAPHIE
La topographie de la zone est assez variée, avec des parties plus ou moins plates et localement des pentes supérieures à 45%. Le Cerro Pan de Azucar (Figure 4) est une des plus hautes montagnes bordant la ville. En raison des types de roches affleurantes et des différentes sortes de dépôts superficiels, le relief est très irrégulier (Figure 4). Suite à de nombreux petits glissements successifs, de nombreux échelons se sont formés, où alternent des zones de pente modérée, des replats et des pentes raides. Cette topographie indique la présence de masses instables, qui peuvent rester plus ou moins immobiles pendant de longues périodes et recommencer à glisser en raison d’infiltrations, de secousses sismiques ou de modifications artificielles de l’équilibre de la pente naturelle (par exemple quand des nouvelles routes sont excavées).
* Voir chapitre 9 pour les références Web.
8
En termes généraux, l’existence d’une couche de météorisation épaisse sur des serpentinites, d’une tectonique très active avec de fréquents séismes liés à une zone de subduction, d’une topographie raide ainsi que de précipitations abondantes dans la zone tropicale, forment une combinaison explosive très favorable à la formation de glissements de terrain. Le manque d’arbres sur ces pentes est probablement dû en partie à la fréquence des glissements naturels mais aussi à la coupe par les gens qui s’y installent.
La carte topographique constitue donc une des couches thématiques de base pour l’élaboration de la carte de risque du quartier de Villatina.
2.2 CLIMAT
Le département d’Antioquia, dont Medellín est la capitale, possède un réseau composé d’environ 300 stations météorologiques dans 64 communes qui couvrent une zone de 32000 km2. Seize de ces stations sont particulièrement complètes (stations climatologiques).
La topographie a une grande influence sur la variation des précipitations. Dans la partie plane du centre de Medellín, les précipitations sont beaucoup plus faibles que sur les flancs de la vallée, comme dans le quartier de Villatina.
A Villatina, le climat est décrit comme un climat humide de montagne, avec une température moyenne entre 18-24 C et une moyenne annuelle de précipitation qui varie entre 2000 et 4000 mm selon les années.
Les précipitations varient avec les saisons. La période sèche à lieu en décembre-janvier-février. Les mois d’avril-mai et octobre-novembre sont les plus pluvieux. Le glissement de Villatina s’est produit en septembre lors d’une année particulièrement pluvieuse.
Les variations du climat influencent fortement les périodes au cours desquelles des glissements de terrain et des crues peuvent avoir lieu. La variable climatique augmente le risque de glissement à une certaine époque.
2.3 GEOLOGIE
La zone de Villatina est formée par quatre unités lithologiques (Municipio de Medellín Secretaria Privada, Sistema Municipal de Prevencion y Atencion de Desastres, 1999) :
a) Les Dunites serpentinisées de Medellín d’âge Crétacé (Ks) b) Le Stock de las Estancias (Kce) d’age Crétacé intrusif dans Ks. c) Des dépôts fluviatiles (Qff) quaternaires le long des rivières d) Des colluvions (Qc) quaternaires déposées au pied des pentes.
Les Dunites affleurent sur le flanc oriental de la vallée de Medellin et forment des pentes raides. Cette unité tectonique a été fortement déformée lors de son obduction. Elle est formée de minéraux instables qui vont être rapidement altérés (chloritisés), conduisant à la formation de talc et d’asbeste. La formation de phylosilicates hydratés produit des terrains argileux très glissants et instables. Cette unité présente un comportement mécanique légèrement différent selon qu’elle est fraîche ou météorisée, mais en général ces roches sont très instables.
9
Dès que la pente devient un peu raide, ces matériaux ont tendance à produire des glissements lors des périodes de forte précipitation.
Les roches intrusives du Stock de Las Estancias sont des quarzodiorites. Les sols formés sur ces roches sont sableux et en général plus stables que ceux formés sur la dunite de Medellín.
Les unités quaternaires sont des dépôts supeficiels de quelques dizaines de mètres au maximum qui couvrent soit les dunites soit les quarzodiorites.
La carte géologique est donc une des couches d’information importantes pour définir la carte des risques géologiques de la région.
2.4 HYDROLOGIE
Le bassin hydrologique principal de la zone est formé par la Quebrada La Gallinaza, qui coule vers la Quebrada Santa Helena, un des affluents principaux du Rio Medellín. D’autres petits ruisseaux et torrents intermittents existent à l’ouest et à l’est de Villatina.
Les maisons situées à proximité de ces cours d’eau sont exposées au risque d’être emportées par des coulées de boue lors des crues. Actuellement la majorité de ces ruisseaux ont été canalisés et il est considéré que ce risque est contrôlé.
2.5 DESCRIPTION DU GLISSEMENT DE 1987
La forme de la coulée de boue du glissement de Villatina a été cartographiée telle qu’elle apparaît sur la photo aérienne de 1987.
Voici un bref résume de la catastrophe.
Date : dimanche 27 septembre 1987 à 14 heures 40. Victimes : Victimes totales entre 450-500. Maisons détruites : 120, zone comprise entre la carrera 15-17 et calles 56C-56E Volume : 30’000 m3. . Surface : 12’000 m2.
La couronne du glissement est située à 1960 mètres d’altitude, à 210 mètres au-dessus du périmètre urbain. Le volume de matériel a glissé vers le bas d’environ 517 mètres depuis la couronne d’arrachement jusqu’au lobe terminal, en approximativement 20 secondes. (Cardenas, Ramos, 1988).
Le glissement a été divisé en 3 parties (Bustamante, 1987):
1- Partie supérieure : entre 1900-1960 mètres d’altitude se trouve la source du matériel qui a glissé. La couronne d’arrachement du glissement est une zone d’accumulation primaire, qui occupe environ 3200 m2, avec une pente > 20%. Le type de roche correspond à des limons argileux et des argiles produites par météorisation de la serpentine. Dans la partie supérieure, elle est limitée par un escarpement, avec des pentes de 100% où affleure l’unité de Dunite.
10
2- La partie intermédiaire, entre 1900-1750 mètres d’altitude, correspond au corridor du glissement, qui a une extension de 4 hectares. Dans cette partie existe une dépression qui a provoqué le changement de direction vers l’ouest (de S47W à S69W, déviation de 22 degrés vers l’ouest).
3- La zone d’accumulation inférieure, entre 1750-1710 mètres d’altitude, correspondait à une région habitée d’environ 1,2 hectares où s’est déposé presque tout le matériel. Les épaisseurs de matériel déposé varient entre quelques centimètres et 2 mètres (Figure 5).
La couronne a formé un échelon dans la topographie. Une partie du matériel a glissé mais une partie est restée dans des conditions très instables. La couronne d’arrachement avait une forme rectangulaire de 50 m. de large par 60 m. de long en direction de la pente. Les escarpements latéraux présentaient des hauteurs moyennes de 5 m. La paroi supérieure de la couronne formait un escarpement de 8 m. de haut (Cardenas et Ramos, 1987). Le glissement a été classifié comme un glissement plane rotationnel en raison de la présence d’une surface concave dans la couronne (Cardenas et Ramos, 1987). La rupture du talus a été subite et le matériel a glissé d’une manière très violente vers la zone habitée; plusieurs maisons ont été arrachées.
La langue inférieure du glissement s’est avancée 165 m en dessous de la courbe de niveau 1760, qui forme la base de la pente raide qui limite la zone où des maisons sont construites.
3. LES SYSTEMES D'lNFORMATION GEOGRAPHIQUES (SIG)
3.1 INTRODUCTION
D'une manière générale, un système d'information géographique peut être défini comme un environnement de gestion et d'exploitation d'une information a caractère spatial. Cet environnement permet 1'exploitation des dimensions thématiques, spatiales et temporelles de 1'information à des fins de description, d'analyse et de prévision de la réalité considérée (Collet, 1992).
Le cœur d'un tel système est une base de données qui concentre toute 1'information sur la zone d'étude concernée, sous forme de différentes couches d'information ou plans d'information géoréférés (Figure 6).
Le système informatique permet la saisie, le stockage et le traitement de données, ainsi que la présentation des documents finaux résultant des traitements (Caloz, 1993).
3.2 LE SIG DE VILLATINA
Le but de ce travail est de construire un SIG sous ArcView avec les données géoréférées disponibles de ce quartier (base de données en forme de couches) et de l’utiliser pour produire
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des cartes montrant les zones de ce quartier exposées aux risques de glissements (traitement des données) (Figure 7).
D’une manière générale, un risque géologique est défini par la relation non mathématique suivante :
RISQUE = ALEA * VULNERABILITE (UNDRO, 1980; CERG, 2000).
Dans notre cas, l’aléa est représenté par les zones favorables aux glissements de terrains et la vulnérabilité est le degré de pertes qui peut affecter la population, les bâtiments et l’infrastructure publique qui s’y trouvent. Tant l’aléa que la vulnérabilité sont des éléments cartographiables. La vulnérabilité augmente à mesure que de nouvelles maisons et de nouvelles routes sont construites dans la zone susceptible d’être affectée par les glissements de terrain.
La démarche de ce travail consiste à :
A. Délimiter les zones soumises à l’aléa de glissement dans le quartier de Villatina :
Délimiter les zones où peuvent se produire des glissements de terrain. Pour cela on tient compte de la géologie et de la topographie, de la carte de glissements ou niches d’arrachements et de l’expérience du glissement de 1987. Normalement il faudrait considérer aussi des données détaillées de géotechnique et de précipitation. Néanmoins ces données n’ont pas été prises en compte dans le cadre limité de cette étude.
B. Définir la zone de vulnérabilité :
Localiser la population et les infrastructures en cartographiant la distribution des maisons et des routes sur des photos aériennes. On peut choisir l’année désirée pour calculer la vulnérabilité à différentes époques.
C. Les cartes de risques sont produites en combinant la carte d’aléa avec les cartes de vulnérabilité (Figure 7).
3.3 ACQUISITION DES DONNEES
Le SIG de Villatina est constitué initialement de plusieurs couches d'informations de base. Elles sont utilisées pour effectuer des opérations afin d’obtenir des couches d’information dérivées. Ces différentes couches sont finalement utilisées en fonction des certains critères pour définir un modèle qui conduit à la production des produits finaux que sont les cartes de risques de l’année désirée (dans notre modèle, on a considéré les années 1959 et 1989 (Figure 7). L’acquisition de ces données a été faite pendant un mois à Medellín. Les photographies aériennes ont été achetées à l’Institut Géographique Agustín Codazzi à Bogotá [3].
12
3.3.1 COMPOSITION DU SIG DE VILLATINA
Le projet SIG de Villatina est composé de fichiers shapes, tif, grid. (voir Table 2)
THEMES TYPE DE FICHIERS
NOM DES FICHIERS
CARTES DE BASE a Carte topographique SHAPE courvash.shp, vtcourvas.shp b Carte géologique SHAPE geologie.shp c Carte du glissement de 1987 SHAPE glissement1987.shp d Carte des niches d’arrachements glissements.shp e Carte hydrographique SHAPE riviers.shp f Carte du quartier années 1959 et
1989SHAPE poliquart1959.shp, poliquart1989.shp
g Carte du chemin des parcours potentiels des glissements
SHAPE parcours.shp
h Carte du chemin d'un glissement SHAPE parcours1.shp Photographie aérienne 1959 TIF 1959villa.tif Photographie aérienne 1970 TIF 1970villa.tif Photographie aérienne 1984 TIF 1984villa.tif Photographie aérienne 1989 TIF 1989refdidwrap.tif Photographie aérienne 1994 TIF 1994 georef.tif CARTES DERIVEES DE
PREMIERE CLASSE Modèle numérique d’altitude GRID Mna_10 Carte de pente GRID pentevillat Flow direction GRID flowdirec Flow accumulation GRID flowaccumul CARTES DERIVEES DE
DEUXIEME CLASSE Carte de condition géologique GRID geologiecond Carte de condition pente GRID pente20cond, pente30condit Carte de condition parcours GRID parcouglisse Cartes des aléas de glissement GRID alpent30dunit, alpent20dunit Cartes des risques GRID risq20ann1989, risq30ann1989,
risq20ann1959, risq30ann1959 TABLE 2 LISTE DES THEMES DU SIG VILLATINA
13
Les données des thèmes a, c, d, e ont été numérisées à partir de cartes papier à une échelle 1 :1000, (Cardenas, Ramos, 1988)au moyen d’une table à digitaliser et en utilisant le logiciel Didger 3 (Golden Sotfware Inc, 2001). Les cartes du glissement de 1987 ainsi que celles du quartier en 1959, 1989 ont été digitalisées sur des photos aériennes 1989, 1959 scannées et géoréférées. Le parcours des glissements a été calculé avec l’aide du module d’extension pour ArcView « Basin 1 » chargé à partir de [5] ( Basin1.avx, Petras I. 2000).
Les photos aériennes de l’Institut Géographique Agustin Codazzi de Bogotá ont été scannées et géoréférées dans le système de coordonnées utilisé en Colombie.
Les coordonnées géographiques de la zone étudiée sont comprises entre : X : 838000 838600 m Est Y : 1181500 1182500 m Nord.
La carte de Colombie utilise une projection conforme de Gauss et l’ellipsoïde international de Hayford. La projection de Gauss utilise un cylindre tangent à la sphère terrestre le long d’un méridien principal. L’origine des coordonnées planes correspond à l’Observatoire Astronomique National, à Bogotá :
Coordonnées Géographiques Coordonnées Planes Longitude 74º 04´ 51.30" Ouest X= 1.000.000 m Est Latitude 4º 35´ 56.57" Nord Y= 1.000.000 m Nord.
Vu la petite taille de la zone de travail, on a utilisé uniquement les coordonnées planes.
Pour les diverses étapes (saisie, analyse et représentation des données) de 1'élaboration du SIG, on a utilisé plusieurs logiciels qui permettent l’utilisation de données géoréférées:
Didger 3 : digitalisation de cartes, transformation de format .pjt en format .shp et .datMicrostation : transformation de format .dgn en .dxfIdrisi32: traitement d’image des photos aériennes, exportation en format .tifidrisArcView : construction du SIG final, modèle numérique d’altitude, carte de pentes, élaboration des cartes de risques.
3.3.2 CARTES DE BASE
CARTE TOPOGRAPHIQUE (courvash.shp, vtcourvas.shp)(Thème vecteur contenant une table d’attributs. Figure 8 et Annexe 1).
La topographie a été digitalisée sur une tablette Summagrid V avec le programme Didger 3[4] en prenant comme base une carte topographique à l’échelle 1 :1000 réalisée en 1985 par l’entreprise Aral de Medellín (Cardenas, Ramos, 1988).
Les courbes de niveau ont été digitalisées chaque 5 mètres. L’altitude de chaque courbe a été attribuée comme premier identificateur dans la table des attributs.
La carte ainsi digitalisée contient des polylignes et une base de données qui donne l’altitude de chaque courbe de niveau. Cette carte digitalisée a été exportée en format ESRI shapefile(courvash.shp) et en format .dat (vtcurves.dat).
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CARTE GEOLOGIQUE. (geologie.shp)(Thème vecteur, contenant une table d’attributs. Figure 9, Table 1).
La géologie a été extraite d’un travail de micozonification sismique de Medellín (Municipio de Medellín, Secretaria Privada. Sistema Municipal de Prevención y Atención de desastres, 1999), le fichier est en format .dgn du programme Microstation. Cette carte a été ouverte sous Microstation et exportée en format .dxf. Sous ArcView on a importé le fichier .dxf. Les polylignes limitant les affleurements de chaque formations ont été transformées en polygones fermés. On a créé une base de données qui contient pour chaque unité géologique le nom de la roche, l’âge et l’abréviation utilisée sur la carte géologique. Le fichier a été ensuite transformé en format .shp.
ID ROCHE NOM AGE 1 STOCK DE LA
ESTANCIAKce CRETACE
2 ALLUVIONS Qff QUATERNAIRE 3 ALLUVIONS Qff QUATERNAIRE 4 STOCK DE LA
ESTANCIAKce CRETACE
5 COLUVIONES Qc QUATERNAIRE 6 ALLUVIONS Qff QUATERNAIRE 7 SERPENTINITE Ks CRETACE 8 SERPENTINITE Ks CRETACE 9 SERPENTINITE Ks CRETACE 10 ALLUVIONS Qff QUATERNAIRE 11 COLUVIONES Qc QUATERNAIRE 11 SERPENTINITE Ks CRETACE 13 COLUVIONES Qc QUATERNAIRE
Table 1 Attributs des polygones de géologie (géologie.shp)
CARTE DES NICHES D’ARRACHEMENT (glissements.shp) Annexe 2.
Les évidences de petits glissements et de niches d’arrachements ont été digitalisées à partir d’une carte au 1 :1000 (Cardenas, G.,Ramos, 1988) avec le programme Didger3 et exportées en format ESRI Shapefile.
CARTE DU GLISSEMENT DE 1987 (glissement1987.shp) Annexe 2.
Le glissement de terrain de la catastrophe de Villatina 1987 a été digitalisé comme un polygone directement sous ArcView sur la base de la photographie de 1989 géoréférée.
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CARTE HYDROGRAPHIQUE (riviers.shp) Figure 8.
La carte des rivières a été digitalisée sur la carte topographique de 1985 de la compagnie Aral de Medellin à l’échelle 1:1000 en utilisant Didger3 puis exportée vers ArcView.
PLAN DES MAISONS ET ROUTES DE VILLATINA DANS LES ANNEES 1959 et 1989. (thèmes vecteurs convertis après en format grid : polyquart1989, poliquart1959. Annexe 3).
Les plans des maisons et des routes des années 1959 et 1989 ont été digitalisées sous ArcView sur les photos aériennes géoréférées de ces années. L’étendue du quartier en 1959 et 1989 est finalement représentée par un polygone fermé qui entoure les limites du quartier. L’augmentation de la vulnérabilité est proportionnelle à l’augmentation l’aire de ce polygone.
PHOTOGRAPHIES AERIENNES (Thèmes images georeferées format .tif. Annexes 4, 4a, 4b, 4c, 4d).
Dans l’étude des risques géologiques, l’utilisation du sol et l’évolution de l’habitat est une de variables importantes lors de la réalisation des cartes des risques.
En raison du manque de cartes détaillées pour suivre l’évolution de la construction et de l’infrastructure du quartier de Villatina, on a dû utiliser les photographies aériennes disponibles.
Les photographies aériennes de différentes années, (1959, 1970, 1983, 1984, 1987, 1989, 1994) étaient disponibles à différentes échelles moyennes qui varient du 1:5000 au 1:10000. Ces images ont été scannées, géoréférées en Idrisi32 avec l’option « resample ». Cette option permet également de corriger approximativement les variations d’échelles dues aux variations sphériques et topographies qui affectent les photos aériennes. Ces images ont été ensuite exportées en ArcView avec l’option Tifidris.
Pour géoréférer les photos aériennes, on a utilisé le système des coordonnées planes en mètres. La zone définie par les coordonnées X Minimum-Maximum et Y Minimum-Maximum est égale à celle des cartes topographique et géologique. L‘image raster est formée de 800 colonnes et de 1000 lignes. La résolution obtenue est d’environ 1 mètre.
Pour le vecteur de correspondance en Idrisi32 nécessaire pour le ré-échantillonnage de la photo, on utilise des amérs pris dans la carte topographique papier au 1:1000. En raison de la difficulté de trouver des points communs entre la carte et les photos aériennes, les amérs sont peu nombreux, ce qui limite les corrections des déformations des photos aériennes. Cependant la correspondance entre les photos des différentes années et la carte topographie est bonne.
Ces photographies aériennes partiellement corrigées ne sont pas strictement des orthophotos. Elles couvrent une région avec de très grandes variations d’altitude. Malgré les corrections effectuées, la déformation est probablement encore importante dans la zone montagneuse où il y a peu de points de référence. Néanmoins, vu que la déformation est à peu près similaire entre les différentes photographies qui couvrent la même zone, il est possible de les superposer et de suivre ainsi la construction rapide de ce quartier marginal de Medellin.
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3.3.3 CARTES DERIVEES
Les cartes suivantes ont été dérivées des cartes de base.
MODELE NUMERIQUE D’ALTITUDE. (Mna_10). Figure10.
Un modèle numérique d’altitude (MNA) est une représentation sous forme numérique du relief d’une zone géographique en mode raster (The American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 2001).
Le MNA est un thème très important puisque le relief est une des variantes principales dont il faut tenir compte lors des la réalisation des cartes de risques.
Le thème du modèle numérique d’altitude en format grid est un thème dérivé de la base de données de la couche topographique vtcourvas.shp.
Les pas suivants ont été suivis pour obtenir le MNA : 1. Digitalisation sous Didger comme fichier vecteur de la carte topographique à l’échelle
1:1000. Une polyligne a été créée pour chaque courbe de niveau et on a attribué son altitude comme premier identificateur de la table de données. Le programme Didger crée automatiquement une table de données avec la position en X, Y, Z pour chaque point de la polyligne.
2. Ce file vecteur a été exporté en format Golden Software Data (*. dat) avec le nom de vtcourvas.dat
3. Le fichier .dat a été ouvert sous Excel où l’on a inséré une ligne en attribuant les noms X, Y, Z des colonnes correspondant aux coordonnées X et Y et à l’altitude Z .
4. Le fichier ainsi obtenu a été enregistré en format .txt (vtcourvas.txt) 5. Sous ArcView on a ajouté le fichier vtcurvas.txt comme table et puis avec add event
thème on l’a ajouté comme thème, puis transformé en format .shp (vtcourvas.shp).6. Avec le thème vtcourvas.shp (points) on a calculé une grille d’interpolation avec
l’option Interpolate Grid du module Surface. Comme paramètres on a utilisé : Output grid : same as courvash.shp Cell size: 10 Rows=165 Colones=133 Methode=IDW Z value field=z Methode=nearest neighbors No de neighbors=12 Power=2 No barriers.
Avec l’option Create Contours du module Surface on a obtenu la couche ctourmna.chp (Annexe 5) qui représente les contours faits automatiquement à partir du modèle numérique. La correspondance entre les courbes digitalisées du fichier courvash.shp et ctourmna.chp est assez bonne surtout dans les zones de haute altitude.
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CARTE DE PENTE (Pentevillat) Annexe 6.
Cette carte a été dérivée à partir du modèle numérique d’altitude (MNA) avec l’option « Derive Slope » du module Surface d’ArcView (Annexe 6).
4. ZONES EXPOSEES A L’ALEA DE GLISSEMENT
4.1 INTRODUCTION
Pour cartographier les zones où peuvent se former des glissements, trois conditions ont été prises en compte, et on a créé des cartes dérivées exprimant celles ci. Les conditions de glissement sont liées à la géologie, à la pente et aux parcours possibles des masses glissées.
Ces conditions ont été basées principalement sur l’observation du glissement de 1987.
Le glissement de Villatina est parti de la zone où affleurent les dunites (condition géologie) et dans une zone qui a une pente supérieure à 20% (condition pente). Le glissement est descendu en suivant la ligne de plus forte pente (parcours possible).
Avant de s’arrêter, le glissement a continué à avancer dans une zone où la pente est plus faible. L’observation du glissement de 1987 montre que, en raison de son inertie, le front du glissement a continué d’environ 165 m sur la zone de pente plus faible que 20% où des maisons avaient été construites.
4.2 DEMARCHE DE TRAVAIL
Les conditions suivantes ont été prises en compte pour délimiter les zones où peuvent prendre source des glissements de terrain:
1- PENTE : Selon les observations des cartes des glissements et zones d’arrachement, on peut déduire que c’est lorsque la pente est supérieure à 30% que les glissements sont fréquents. Les zones de forte pente sont extraites de la carte de pente, elle-même dérivée du MNA. On a aussi cartographié une option « pente supérieure à 20% » pour montrer des zones ou les risques de glissements sont moins élevés mais encore possibles.
2- GEOLOGIE. Il semble que les zones où les Dunites affleurent soient plus favorables à la formation des glissements de terrain importants en raison de la nature argileuse et fracturée de ces roches.
3- PARCOURS POSSIBLE DES GLISSEMENTS. Le parcours le plus vraisemblable a été, faute de mieux, considéré comme suivant le chemin hydrologique. Ce paramètre est défini avec l’option « rain drop path » de l’extension Basin1 d’ArcView.Ces parcours potentiels ont été tracés à partir de niches d’arrachement connues actuellement (Annexe 2).
La zone soumise a l’aléa « glissement » est donc celle a) où peuvent se former des glissements et b) celle où peuvent s’étendre ceux-ci.
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4.2.1 CONDITION PENTE : Annexes 7, 8
Pour construire la carte qui remplit la condition de la pente, on a utilisé la fonction « Map Query » du module d’analyse sur la carte dérivée pentes, dérivée elle-même du MNA. Les zones qui ont une pente 20% (glissement possible) et 30% (glissement probable) ont été ainsi cartographiées. Les cartes obtenues en format Grid ont été nommées : pente20condit,pente30condit.
Les valeurs de 20% et 30% ont été prises en mesurant la valeur de la pente dans la zone de la couronne du glissement de 1987 et pour les niches d’arrachements cartographiées dans les environs.
4.2.2 CONDITION GEOLOGIE. Annexe 9
Le glissement de 1989 est parti d’une zone où affleure la Dunite de Medellín. Par ailleurs, les colluvions cartographiés se trouvent sous la zone de pente raide de la dunite et elles sont formée de sols et blocs dérivés de cette roche. Cette observation indique que la dunite est un terrain qui favorise la formation des glissements. De petites niches d’arrachement sont d’ailleurs observées sur la dunite et sur le Stock de las Estancias, néanmoins il ne semble pas que des glissements de grande importance se produisent dans les zones où affleure le Stock de Las Estancias.
Pour cartographier la zone où affleure la dunite, on est parti de la carte géologique (geologie.shp) et on a utilisé la fonction query. Dans le module Theme le critère « nom= Ks »a été utilisé pour sélectionner exclusivement les affleurements de dunite. La carte ainsi obtenue a été nommée geologiecond.shp.
Vu que la carte des affleurements de la dunite est produite en format vecteur .shp et qu’on a besoin de la combiner avec les cartes des conditions pente en format grid, on a transformé la carte geologiecond.shp en format grid avec les opérations suivantes :
1. La table du fichier geologiecondt.shp a été éditée. Une colonne avec le nom code a été ajoutée. Dans cette colonne on a indiqué la valeur de 1.
2. Après avoir édité la tables d’attributs du thème geologieecondit.shp, on l’a transformée en format grid avec l’option convert to grid du module Themes avec une grid ouput similaire à celle de la carte de l’MNA et avec code comme le champ à tenir en compte pour le cell value.
4.2.3 CARTE DES PARCOURS DES GLISSEMENTS. Annexe 10
Un modèle simple de parcours a été proposé avec l’aide de l’extension pour ArcView « Basin 1 » [5].
Cette extension utilisée surtout dans des études hydrologiques permet de modéliser le parcours d’une goutte d’eau sur une surface inclinée.
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Pour pouvoir utiliser ce module, le modèle numérique d’altitude est indispensable.
Le démarche suivante a été faite pour représenter les parcours possibles des différentes coulées le long de la ligne de plus forte pente.
1- Avec le thème MNA_10 sélectionné, on choisi le bouton Initiate du module Basin 1. 2- Le programme demande de créer une grid de flow direction (flowdirc), on choisi le
mna_10 comme base grid 3- Le programme demande de créer une grid de flow accumulation (flowaccumul), on
choisi le flow direction comme base du grid. 4- Après avoir créé ces deux cartes grid, on sélectionne le bouton « ligne de goutte
d’eau » (rain drop path) pour choisir des points de départ possibles de la goutte d’eau. Comme points de départs possibles on a sélectionné toutes les zones de niches d’arrachements.
5- Les lignes de coulées possibles ont été cartographiées. 6- Toutes les lignes de coulées modélisées ont été sélectionnées et avec l’option convert
graphiques to shapes on les convertit en format .shp (parcours.shp)
Ces polylignes définissent les parcours de glissements possibles depuis les niches d’arrachement. (Annexe 10).
5. CARTE D’ALEA DE GLISSEMENT. Figures 11, 12
Pour obtenir les cartes des zones susceptibles de glissements on a combiné (multiplication) les cartes des conditions géologie (geologiecond) et condition pente (pente20condit oupente30condit) en utilisant l’option map calculator du module Analysis. On a nommé ces cartes alpente20dunit et alpent30dunit.
Pour définir les zones basses qui peuvent être affectées par les glissements on peut superposer la carte des parcours possibles parcours.shp (Annexe 10). Celle-ci montre les parcours possibles des glissements modélisés mais pas leur largeur.
Pour montrer la largeur possible d’un glissement, on a choisi comme exemple le parcours d’un glissement depuis une niche d’arrachement située à l’ouest du glissement de 1987 (Annexe 10). En sélectionnant cette ligne de parcours du thème parcours.shp et avec l’option convert Graphics to Shapes du module Xtools, on a créé un nouveau fichier parcours1.shp, puis en sélectionnant ce thème et avec l’option find distance, on a créé une nouvelle carte en format grid appelée distaparcour. Avec l’option map query on a choisi la zone située à moins de 30 m de chaque côté dans le thème distaparcours et de moins de 1873m d’altitude (1873 est l’altitude de la niche d’arrachement) dans le thème mna_10. On crée ainsi le grid parcouglisse qui permet de visualiser une trajectoire de glissement avec une largeur de 60m dont l’origine se trouve dans la zone où la pente est plus grande de 20%, (Voir Annexe 10).
Pour créer le thème parcouglisse on a attribué une valeur de largeur arbitraire de 30 m, mais des données géotechniques et hydrologiques très détaillées seraient nécessaires pour calculer la largeur et la distance de parcours de possibles glissements qui naissent dans la zone à forte pente.
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6. CARTE DE RISQUE DE GLISSEMENTS DU QUARTIER DE VILLATINA ANNEE 1989 ET 1959 Figures 13, 14, 15.
Pour définir les cartes des zones à risque on part de la relation non mathématique : RISQUE= ALEA * VULNERABILITE donnée (page 10) et on la transforme en opération multiplicative d’algèbre cartographique entre deux cartes booléennes exprimant l’aléa et la vulnérabilité.
En multipliant les cartes des zones d’aléa « glissements » (alpente20dunit et alpent30dunit) et le polygone qui circonscrit l’étendue du quartier à une certaine date (i.e. poliquar1959 ou polyquart1989), on obtient ainsi la carte des zones à risques de glissement pour une certaine année (risq30ann1989, risq20ann1989). Pour pouvoir faire cette opération de multiplication, on a transformé les thèmes poliquart1959.shp et polyquart1989.shp en format grid avec l’option convert to grid.
La Figure 13 montre une carte de la zone à risque de glissement pour l’année 1989 (risq20ann1989). Dans ce modèle, on a utilisé pour la définition de l’aléa glissement une pente 20% (glissement possible). La Figure 14 montre la même zone à risque de glissement défini avec une condition de pente 30% pour d’aléa de glissement (risq30ann1989)(glissement probable).
La figure 15 montre une carte de la zone à risque de glissement pour l’année 1959 avec une pente 20% et 30%. (risq20ann1959, risq30ann1959).
Comme mentionné plus haut « la zone soumise a l’aléa « glissement » est celle a) où peuvent se former des glissements et b) celle où peuvent s’étendrent ceux-ci ».
Pour tenir en compte la zone où peuvent s’étendre le glissement le thème parcours.shp a été superposé aux cartes de risques en indiquant que toutes les maisons qui se trouvent dans ce parcours sont très vulnérables aux glissements qui se produisent dans la zone de haute pente. Le risque dépendra du volume de matériel arraché ainsi que de la quantité d’eau que contient le glissement. Dans la Figure 16 le thème de parcouglisse a été aussi superposé comme un exemple de largeur possible de glissements. Pour compléter la carte des risques il faut avoir des données plus précises en géotechnique et en hydrologie et pouvoir ainsi considérer pour chaque niche d’arrachement un parcours et une largeur possible.
Si l’on compare la carte de zone de risque possible de glissement pour l’année 1989 avec celle de 1959, on observe que la zone de risque s’étend rapidement car la zone vulnérable construite s’étend rapidement.
En moins de 40 ans, le quartier de Villatina est devenu un des quartiers qui a le plus fort risque de glissement de Medellín, où des catastrophes semblables à celle de 1987 peuvent se reproduire vu la quantité de constructions qui subsistent dans les zones soumises à l’aléa de glissement.
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7. CONCLUSIONS
Le Système d'lnformation Géographique du Villatina a été élaboré à partir de divers documents de base, tels que des cartes en format papier et des photographies aériennes à différentes échelles.
Bien que les photographies aériennes ne soient pas des orthophotos, elles ont été corrigées, ce qui a permis d’observer l’évolution dans le temps du quartier de Villatina et de cartographier le glissement de 1989.
La digitalisation des cartes « papier » est assez laborieuse. Une fois que les données digitales produites grâce à différents programmes (Didger, Idrisi32) dans différents formats ont été importées dans le même SIG (ArcView), les données peuvent être analysées rapidement.
Les principales étapes importantes de ce travail ont été :
La digitalisation de la carte topographique papier et la construction du MNA. Le scan des photos aériennes et leur géoréférentiation. L’intégration de tous les thèmes dans le même système géographique ArcView. La définition d’un modèle simple pour définir les zones d’aléa glissement qui combine les zones « source de glissement » et « dépôt de glissement ». La digitalisation des zones construites sur les photos aériennes qui définissent les zones vulnérables en 1959 et 1989. La combinaison des zones vulnérables et des zones soumises à l’aléa glissement en zones à risques.
Dans ce travail, la démarche pour faire la carte des risques du quartier de Villatina a été assez simplifiée. On n’avait pas accès à des données géotechniques et hydrologiques pour bien définir les zones ou des glissements risquent de se former, ainsi que les largeurs et distances de parcours.
Le SIG de Villatina contient des données de base qui peuvent être utilisées dans d’autres domaines et il peut être complété avec d’autres thèmes.
Une fois les thèmes de base introduits dans le SIG, d’autres utilisateurs peuvent facilement changer les conditions utilisées pour calculer les cartes des risques selon leurs propres critères.
La réalisation des cartes des risques de Villatina est un bon exemple d’exploitation d’un SIG qui permet de combiner de nombreux thèmes qui doivent se superposer.
Les deux manières de limiter le risque sont :
Soit de réduire l’aléa de glissement en stabilisant les pentes Soit de réduire la vulnérabilité en déplaçant des maisons.
Les deux solutions sont coûteuses et la deuxième engendrera probablement des problèmes politique ou sociaux importants.
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22
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23
ANNEXES
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X Y Z 838110.9 1181502.4 1650 838112.1 1181505.4 1650 838112.5 1181506.0 1650 838116.3 1181510.8 1650 838116.9 1181511.4 1650 838117.5 1181512.2 1650 838120.0 1181517.6 1650 838120.1 1181518.3 1650 838120.4 1181518.9 1650 838122.2 1181524.9 1650 838122.3 1181525.7 1650 838122.5 1181526.7 1650 838122.7 1181527.9 1650 838122.7 1181529.1 1650 838122.9 1181530.1 1650 838122.8 1181537.7 1650 838122.7 1181538.5 1650 838122.5 1181539.4 1650 838122.4 1181540.5 1650 838119.8 1181550.3 1650 838119.6 1181551.2 1650 838119.4 1181552.1 1650 838119.1 1181553.1 1650 838115.7 1181561.3 1650 838115.4 1181562.0 1650 838115.1 1181562.7 1650 838114.7 1181563.7 1650 838114.4 1181564.3 1650 838113.9 1181565.1 1650 838113.5 1181579.6 1650 838113.5 1181580.3 1650 838113.6 1181581.0 1650 838114.9 1181595.6 1650 838115.1 1181596.3 1650 838115.3 1181597.3 1650 838115.5 1181598.0 1650 838115.7 1181598.7 1650 838115.8 1181599.3 1650 838120.0 1181612.5 1650 838121.4 1181621.1 1650 838121.4 1181621.9 1650 838121.5 1181622.6 1650 838121.5 1181623.5 1650
ANNEX 1. TABLE DES ATTRIBUTS DE VTCOURVAS.SHP (Courbes de Niveau)
