Atelier co-disciplinaire

AC 5 ESPACE ET GESTION DES RISQUES

Yves DARBARIE (EN) Natacha MAZERON(EN)

Olivier BONNETON (Sciences U)

Peggy THILLET (EN)

ESPACE ET GESTION DES

RISQUES

CS : SATELLITES ET GESTION DES RISQUES

L’espace constitue, par l’utilisation de données issues de multiples capteurs situés sur les nombreux satellites orbitant autour de la Terre, un lieu stratégique dans la gestion des risques associés aux catastrophes naturels ou technologiques, et ce à plusieurs titres : Depuis l’espace il est possible de repérer un aléa, ou une zone de probabilité d’un aléa et

d’estimer son extension, sa zone d’impact et l’intensité de celui-ci, on est alors dans le cadre de la prévention du risque

Durant l’événement catastrophique, on peut suivre précisément et en temps réel les zones sinistrées afin de coordonner la mise en œuvre de moyen humain et matériel pour limiter les effets de l’événement, on est en situation de gestion de crise

Une fois la catastrophe survenue, il est possible d’utiliser les ressources spatiales afin d’établir des bilans de dégâts et de permettre une gestion optimisée de l’aide au territoire, on se situe dans la gestion de l’après crise

1. Anticiper un risque naturelle à partir de données satellites : le cas des séismes Les séismes constituent des risques géologiques majeurs potentiellement dévastateurs. Pourtant de nombreuses stratégies ont été envisagées, à partir de technologies spatiales afin de prévoir des dispositifs d’alerte. 1.1 Trémors et glissements épisodiques L'expression « trémors et glissements épisodiques (TGÉ) » désigne un processus qui survient bien en dessous de la surface terrestre, le long de failles qui constituent les limites de plaques tectoniques. Ce processus consiste en des épisodes répétés de glissements lents sur quelques centimètres, d'une plaque sur une autre, pendant une période de plusieurs semaines. Ces glissements sont accompagnés d'un bruit sismique puissant, nommé « trémor ». Bien que les phénomènes TGÉ ne sont pas ressentis et ne causent pas de dommages, ces épisodes dans les zones de subduction pourraient donner lieu à de meilleures estimations du lieu et du moment des prochains séismes importants. Les épisodes de TGÉ définissent la limite Est (continentale) de la zone verrouillée où se produira la rupture lors du prochain séisme important et, de ce fait, la proximité de cette rupture par rapport aux grandes villes de la côte Ouest. Ce calcul fournit une estimation plus exacte de la magnitude prévue des secousses dans ces villes. Chaque épisode de TGÉ ajoute un peu plus de contraintes dans la portion verrouillée de la zone de subduction. Ainsi, un épisode de TGÉ finirait par déclencher un séisme important lorsque les contraintes deviendront trop élevées. Par conséquent, la probabilité d'un séisme important est augmentée pendant un TGÉ. L'existence d'épisodes de glissements lents combinés à des trémors a été découverte pour la première fois dans la zone de subduction de Cascadia en 2003. La zone de subduction de Cascadia, qui constitue la région sismique la plus active au Canada, comprend la limite entre la plaque océanique Juan de Fuca et la plaque continentale nord-américaine. Ces plaques convergent l'une vers l'autre depuis des millions d'années à une vitesse moyenne de 4 cm par année. Le long de la bordure ouest de l'Amérique du Nord, du nord de l'île de Vancouver au nord de la Californie, la plaque Juan de Fuca glisse ou s'enfonce sous la plaque nord-américaine. Plutôt que de glisser continuellement à une vitesse moyenne à long terme de 4 cm par année, les deux plaques sont actuellement collées l'une contre l'autre le long de la partie

supérieure de la faille de subduction, constituant ainsi une zone « verrouillée ». Au fil du temps, les contraintes tectoniques s'accumulent dans cette zone verrouillée. Tous les 500 à 600 ans en moyenne, les contraintes deviennent trop grandes et la zone verrouillée se dégage soudainement, ce qui donne lieu à un glissement de 10 à 20 mètres qui entraîne un séisme de magnitude 8 ou 9. Contexte géologique de la zone de subduction de Cascadia

http://www.rncan.gc.ca/sciences-terre/energie-mineraux/geologie/geodynamique/processus-tremblements-

terre/8813

Mouvement horizontal d'une station GPS (Victoria) [partie supérieure de la figure] et trémors connexes [partie inférieure de la figure] pour le même intervalle de 13 années et plus. Les cercles bleus représentent les observations quotidiennes de l'emplacement de la station GPS à Victoria. La pente de la ligne verte indique qu'en moyenne, le site se déplace vers l'est de 4,8 mm par année. Les lignes rouges illustrent les périodes de déplacement du site vers l'est d'environ 15 mois séparées par des périodes de déplacement vers l'ouest de deux semaines (périodes de pause), ce qui explique la forme en dents de scie des résultats. Les périodes de pause sont caractéristiques des épisodes de TGÉ. Les pointes au bas de la figure montrent le nombre d'heures marquées par des trémors pendant des périodes de dix jours. Il est possible de constater que chaque période de pause dans le déplacement de la station de Victoria est également caractérisée par les trémors les plus importants (les pointes les plus élevées).

1.2 L'étude des grands séismes avec des données gravimétriques

La mesure directe du champ de gravité de la terre par des satellites a démarré au début de ce siècle avec des missions Champ et Grace.

Les mesures acquises par la mission Grace permettent de suivre les variations temporelles du champ de gravité qui sont induites principalement par des variations de charge dues au transfert de masse des enveloppes fluides de la Terre (océan et atmosphère). Les processus tels que les séismes produisent également des redistributions de masse qui peuvent être conséquentes et, pour le cas de gros séismes (magnitude 8), modifier le champ de gravité suffisamment pour générer un signal dans les données gravimétriques satellitaires. Les données satellitaires ont l'avantage de couvrir facilement les océans qui sont peu instrumentés actuellement et où il est difficile de relever des mesures géodésiques. Des résultats préliminaires montrent également l'intérêt de ces mesures pour des phénomènes peu étudiés aujourd'hui tels que les séismes silencieux et des effets pré sismiques.

Carte de différence entre deux séries de données gravimétriques dans la zone de l'aise du sud ouest acquises avant et après le séisme du Sumatra 24 Dec 2004

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2005-176

2. Gestion de crise : Suivi en temps réel d’un aléa : l’exemple des cyclones Dans le cadre d’un aléa cyclonique, l’espace permet de gérer la crise par des apports décisifs. Dans un premier temps les satellites permettent de repérer les zones dépressionnaires potentiellement dangereuses et d’estimer leur trajectoire, et donc d’anticiper les zones à risques.

Tempête tropicale Sandy le 23 octobre 2012 au large de la Colombie et du Costa Rica Le 26 octobre Sandy est devenu un cyclone, il se situe au niveau des Bahamas

Le 28 octobre, le cyclone touche les côtes américaines.

Exemple de bulletin publié le lundi 28 octobre anticipant la trajectoire du cyclone aux USA ainsi que la vitesse des vents. Image 1 : http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=79503 Image 2 : http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=79536 Image 3 : http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=79548 Image 4 : http://www.cbc.ca/news/world/story/2012/10/28/hurricane-sandy.html

La dangerosité de l’aléa cyclonique repose sur deux facteurs : la vitesse des vents du phénomène mais également l’intensité des précipitations associées. Les vents engendrés constituent le phénomène physique le plus spectaculaire associé à un cyclone. Pour

déterminer la vitesse des vents proche de la surface d’un océan, on utilise une sonde (diffusiomètre)

Radar à micro-ondes. Cette sonde mesure l’effet de dispersion produit lors du contact entre une onde

radar produite par la sonde et la surface. Ainsi des

ondes sont émises par le satellite et frappent la

surface de l'océan, au niveau du contact se produit

une dispersion de cette onde appelée

rétrodiffusion. C’est la valeur de cette

rétrodiffusion qui est mesurée. En effet celle-ci

permet de déterminer l’état de la surface de

l’océan, ainsi une surface océanique lisse renverra

un faible signal de rétrodiffusion contrairement à

une surface océanique perturbé qui renverra un

signal fort de rétrodiffusion. Les vents de surface

étant les principaux responsables de l’état de

surface de l’océan, il est donc ensuite possible de

relier l’état surfacique océanique d’une zone

donnée et le vent présent au moment de la

mesure à l’aide de calibrage effectué

préalablement où la vitesse des vents de surface

était mesurée in situ (généralement au niveau de

bouées).

Vitesse déterminée par le diffusionométre ERS2 au

sein du cyclone RITA septembre 2005.

©ESA. http://www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?b=b&keyword =hurricane&single=y&start=18&size=b

Il également possible de déterminer le niveau de précipitations en un endroit donné. En fait le satellite possède une sonde RADAR permettant d’estimer les quantités de pluies présentes dans une colonne atmosphérique et ainsi de prédire la quantité de pluie qui devrait arriver à la surface. Ce radar a été calibré par des mesures au couplée sol qui ont permis d’obtenir d’excellentes estimations des niveaux de précipitations pour un point donné. Ce radar permet aussi déterminer la structure de la colonne nuageuse, ce qui a permis des progrès importants dans la structure des cyclones.

Précipitation déterminée par le satellite TRMM

au sein du cyclone Florence septembre 2006.

©NASA. http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=17323

3. La gestion de l’après crise : l’exemple de la charte internationale Espace et Catastrophe majeures En l’an 2000 l’Agence spatiale européenne (ESA) et d’autres agences spatiales nationales, crée la charte internationale « Espace et Catastrophes majeures ». L’objectif de ce dispositif est d’aider la communauté internationale, dans la réponse apportée lors de situations d’urgence et de détresse. La Charte fournit gratuitement des données à un réseau d’entités, qui sont capables de les transformer en informations géospatiales utiles et d’en produire une analyse appropriée. Ces données sont ensuite utilisées par les organismes internationaux d’aide humanitaire,

ainsi que par les experts gouvernementaux pour guider et piloter les opérations de secours. En effet l’image satellitaire à l’état brut est inutile pour les secours. Les cartes produites par le Service de cartographie rapide, comme le SERTIT (SErvice Régional de Traitement d’Image et Télédétection de Strasbourg -) sont une véritable valeur ajoutée aux outils d’aide à la décision de la sécurité civile. Le Service de cartographie rapide est une des composantes du Sertit, le Service régional de traitement d’image et de télédétection. Le Sertit a pour vocation d’extraire et de mettre en forme les informations produites par les satellites d’observation de la Terre et particulièrement des images de télédétection de crise «Lors d’une inondation, il est impératif de se rendre compte de l’étendue des dégâts et des zones à secourir en priorité. Les cartes fournies par le Service de cartographie rapide synthétisent, sur un seul document, toutes les informations que nous recevons de nos contacts sur le terrain. Elles donnent aussi bien un aperçu global de l’ensemble d’un cours d’eau et de ses environs que des détails fi ns, puisqu’on peut zoomer à l’échelle d’un quartier. Pour les crues lentes, l’arrivée régulière de nouvelles cartes permet de faire le point sur la progression de l’inondation et d’anticiper les moyens à mettre en place plusieurs heures à l’avance. Les services de secours sont mieux préparés pour prendre des mesures d’urgence. Après la crise, ces cartes sont précieuses pour réfléchir à la prévention de la prochaine inondation. »

Colonel François Maurer Chef d’Etat Major de la Zone de Défense Est In http://sertit.u-strasbg.fr/presentation.html

Exemple de produit de cartographie rapide Page 1 : Inondation consécutive à Xynthia Page 2 : Incendies à la Réunion

CS : QUELQUES NOTIONS SUR LES GRAPHES

La théorie des graphes est une théorie informatique et mathématique. Les algorithmes élaborés pour résoudre des problèmes concernant les objets de cette théorie ont de nombreuses applications dans tous les domaines liés à la notion de réseau (réseau social, réseau informatique, télécommunications, etc.) et dans bien d'autres domaines (génétique, évolution) tant le concept de graphe est général. Cette théorie ne fait pas partie des enseignements de la classe de seconde, mais les notions abordées sont possiblement appréhender par les élèves et constitue un exemple pertinent de l’utilisation de concepts mathématiques dans des préoccupations quotidienne. Le cours qui suit est donc adapté au public de seconde et permet de disposer des bases suffisantes pour être à même d’exploiter cet objet mathématique dans le cadre de la problématique sur la gestion des risques. Objectifs :

Définir la notion de graphe et présenter quelques unes de leurs propriétés à partir d’exemples

LES GRAPHES

I – Graphes non orientés

Définitions :

● Un graphe est constitué de sommets dont certains sont reliés par des arêtes.

● Deux sommets reliés par une arête sont dits adjacents.

● L’ordre d’un graphe est le nombre de sommets de ce graphe.

● Le degré d’un sommet est le nombre d’arêtes dont ce sommet est une extrémité.

● Un graphe complet est un graphe dont les sommets sont deux à deux adjacents

Exemples : Ce graphe est d’ordre 8 Ce graphe est d’ordre 4 Le sommet A2 est de degré 4 Le sommet A1 est de degré 3 Les sommets A1 et A3 ne sont pas adjacents Ce graphe est complet

Propriété : Relation entre la somme des degrés et le nombre d’arêtes La somme des degrés des sommets d’un graphe non orienté est égale à deux fois le nombre d’arêtes du graphe.

Exemple : Chaque sommet est de degré 3. Ainsi la somme des degrés des sommets est 12. Le nombre d’arêtes est 6.

Définitions :

● Une chaîne est une liste ordonnée de sommets telle que chaque sommet de la liste soit adjacent au suivant.

● La longueur d’une chaîne est le nombre d’arêtes qui composent la chaîne.

● Une chaîne fermée est une chaîne dont l’origine et l’extrémité sont confondues.

● Un cycle est une chaîne fermée dont toutes les arêtes sont distinctes.

Exemple : (1–2–3–5) est une chaîne de longueur 3. (1–2–3–5–2–1) est une chaîne fermée. Attention ! Ce n’est pas un cycle, l’arête a intervient deux fois. (1–2–3–4–1) est un cycle.

Définitions :

● La distance entre deux sommets est la plus courte longueur des chaînes qui les relient.

● Le diamètre d’un graphe est la plus grande distance entre deux sommets.

Exemple : Considérons le même exemple. La distance entre les sommets 4 et 5 est 2. Le diamètre du graphe est 2.

II – Graphes orientés

Définition : Un graphe orienté est un graphe dont les arêtes sont orientées c’est-à-dire qu’elles ne peuvent être parcourues que dans un sens. Ce sens est représenté par une flèche.

Exemple : Exercice 1 : Construire un graphe orienté dont les sommets sont les entiers compris entre 1 et 12 et dont les arêtes représentent la relation “être diviseur de”.

Correction :

Exercice 2 : (Jeu de Nim) Deux joueurs disposent de 2 ou plusieurs tas d’allumettes. A tour de rôle, chaque joueur peut enlever un certain nombre d’allumettes de l’un des tas (selon la règle choisie). Le joueur qui retire la dernière allumette perd la partie. 1. Modéliser ce jeu à l’aide d’un graphe dans le cas où l’on dispose au départ de deux tas contenant chacun trois allumettes, et où un joueur peut enlever une ou deux allumettes à chaque fois. (Aide : Chaque sommet pourra être un couple de nombres correspondant aux nombres d’allumettes restants dans chacun des tas.) 2. Que doit jouer le premier joueur pour gagner la partie à coup sûr ?

Correction :

Le jeu avec 2 tas de trois allumettes est décrit par le graphe suivant (tous les arcs sont orientés de gauche à droite) :

Le joueur qui atteint la configuration 0,0 perd la partie. Pour gagner, on doit donc atteindre la configuration 0,1. On peut vérifier qu’en jouant 1,3 au premier coup, quelle que soit la réponse de l’adversaire, on peut atteindre ensuite 0,1. Le coup gagnant au départ est donc “enlever 2 allumettes dans un tas”.

III – Graphes pondérés

Définition / Vocabulaire : Un graphe (orienté ou non) est un graphe pondéré lorsque ses arêtes sont affectées de nombres positifs. Le poids d’une arête est le nombre positif qui lui est affecté. Le poids d’une chaîne est la somme des poids des arêtes qui la composent. Une plus courte chaîne entre deux sommets donnés est une chaîne de poids minimal parmi toutes les chaînes reliant les deux sommets.

Exemple :

Il y a 3 chaînes entre A et E. (A-B-D-E) dont le poids est : 3+1,7+0,5 = 5,2 ; (A-C-D-E) dont le poids est : 4,2+0,4+0,5=5,1 ; (A-B-C-D-E) dont le poids est : 3+1+0,4+0,5=4,9. La plus courte chaîne est la chaîne (A-B-C-D-E) Remarque : Attention de ne pas confondre la longueur d’une chaîne (nombre de ses arêtes) et le poids d’une chaîne (somme des poids de ses arêtes). Exercice 3 : Construire le graphe orienté dont les sommets sont les entiers compris entre 1 et 24 et dont les arêtes relient x à y lorsque x divise y. De plus, les arêtes sont pondérées par le quotient y/x (ainsi, l’arête allant de 3 vers 15 a la valeur 5). 1. Comment reconnaît-on dans ce graphe un nombre premier ? 2. Comment retrouver dans ce graphe la décomposition d’un nombre en facteurs premiers ? Correction : Graphe identique à celui de l’exercice 1 mais avec 24 sommets et dont les arêtes sont pondérées. Un nombre premier correspond à un sommet de degré entrant 2 puisqu’il doit être divisible par 1 et lui-même (n’oublions pas la boucle présente en chaque sommet). Si l’on considère un chemin allant de 1 à n, le produit des valeurs des arcs qui le composent vaut nécessairement n. On peut alors, dans le graphe précédent, ne conserver que les arcs dont la valeur est un nombre premier et qui

ne sont pas des boucles. Tout sommet n est alors tel qu’il existe un chemin de 1 à n, dont les valeurs d’arcs donnent la décomposition en facteurs premiers. Algorithme de Dijkstra : Recherche d’une plus courte chaîne 1. Placer tous les sommets du graphe dans la première ligne du tableau ;

La deuxième ligne du tableau est obtenue en écrivant le coefficient 0 sous le sommet de départ et le coefficient sous tous les autres sommets.

2. Repérer le sommet X de coefficient minimal ( )coef X :

Si X est le sommet d’arrivée aller à l’étape 6 ; sinon commencer une nouvelle ligne et rayer toutes les cases vides sous X . 3. Pour les sommets Y adjacents à X : Calculer ( )p coef X poids de l’arête reliant X à Y :

Si ( )p coef Y alors écrire “X

p ” dans la case correspondante ;

sinon recopier le contenu de la ligne précédente. 4. Pour les sommets non adjacents à X , recopier les valeurs de la ligne précédente. 5. S’il reste des sommets non sélectionnés, recommencer à partir de l’étape 2 ; sinon aller à l’étape 6. 6. Le poids de la plus courte chaîne est le nombre minimal lu sur la dernière ligne du tableau.

On obtient la plus courte chaîne en écrivant la liste de ces sommets de droite à gauche en remontant le tableau.

Exemple : On considère le graphe pondéré suivant : En utilisant l’algorithme de Dijkstra, on peut trouver une plus courte chaîne entre A et C et préciser son poids.

A B D E F G C

0

10A 10A 6A

10A 10F 8F

9F

10A 9E 9F

10A 9E

10A 10D

La plus courte chaîne est (A-F-E-D-C) et elle est de poids 10.

PARTIE 1: GESTION DES RISQUES LITTORAUX

A1 SVT : EROSION ET TEMPÊTE HIVERNALE : EXPLORATION AVEC TERRE IMAGE

On se propose ici d’étudier l’évolution du littoral à partir de différentes images satellites et de montrer l’impact décisif des tempêtes hivernales dans les principaux risques associés aux littoraux On considérera ici le littoral Atlantique, la zone d’étude se situant au niveau de l’extrémité Nord des côtes girondines en dessous de l’Estuaire de la Gironde Localisation de la zone d’étude :

Activité 1 : Etude du trait de côte A l’aide des documents et du logiciel Qgis, présenter l’évolution du trait de côte dans la région de Soulac sur mer Document 1 : Notion de trait de côte

Dans le cadre de l’Observatoire de la Côte Aquitaine, sur la côte sableuse le trait de côte correspond à la limite plage – dune, selon les cas :

• pied de falaise dunaire • rupture de pente topographique • limite de végétation dunaire • ouvrage de protection longitudinal > Pour la côte rocheuse, séparation entre la falaise et l’estran, selon les cas :

• sommet de falaise rocheuse • ouvrage de protection longitudinal • ou en fond de baie : pied de falaise dunaire, rupture de pente topographique, limite de végétation dunaire

> Indicateur géomorphologique relevé à partir d’observations et de mesures de terrain, de l’analyse et de l’interprétation d’images aériennes ou spatiales > Selon les sites, cette définition est assez similaire à celle du SHOM = limite des plus hautes mers de vive-eau en conditions atmosphériques normales

Document 2 : Vulnérabilité à l’érosion des littoraux

1.1 Evaluation grossière du trait de côte Questionnement Vous disposez de 3 images satellites (1990, 2001, 2012). Réaliser une couche vectorielle constituée de 3 lignes matérialisant le trait de côte. Estimer l’évolution de celui ci

Les 3 images satellites dont vous disposez

Eléments de réponse Réalisation des 3 couches vectorielles

Utilisation de l’outil mesure de Qgis pour quantifier l’évolution

1.2 Evaluation par site témoin du trait de côte Questionnement Vous disposez de l’image satellite de 2012 et de photographies aériennes de 2000 Choisissez 3 sites sur le littoral. Réaliser une couche vectorielle constituée de 2 lignes matérialisant le trait de côte pour les 2 dates. Estimer l’évolution de celui ci

Eléments de réponse Exemple de site témoin : Camping de l’Amélie (sud de Soulac) (satellite géo Eye 2014)

Site témoin en 2000 (photographies aériennes) et 2012(Pléiades)

Résultats après mise en place de la couche vectorielle

1.3 Evaluation par discrimination du sable On cherche ici à matérialiser plus nettement le sable afin de faciliter la localisation du trait de côte Questionnement Utiliser les fonctionnalités du plug-in TerreImage afin de localiser le trait de côte

Eléments de réponse On utilisera préférentiellement trois stratégies :

- La classification non supervisée

- La classification par angle spectrale

- La classification supervisée

Différentes classification supervisée (3, 5 et 7 classes). La discrimination du sable est peu évidente, les habitations et l’écume des vagues posent problème

L’utilisation de l’angle spectral donne des résultats satisfaisant. La détermination du pixel de référence est aisée. L’utilisation de pseudo couleurs sur ce néocanal permet une discrimination encore plus nette image en dessous

La réalisation d’une classification supervisée est la méthode utilisée dans le monde scientifique, elle est associée à des vérifications sur le terrain pour s’assure de la pertinence des sites témoins qui s’avère dans la classification ci-dessus finalement pas totalement pertinent.

1.4 D’autres indices de l’érosion Questionnement Recherchez dans l’image d’autres éléments suggérant l’érosion du littoral

Eléments de réponse Erosion des dunes (2000 Vs 2012)

Bunkers immergés

Confirmation par observation sur le terrain

Remarque : l’idée d’une validation des résultats à partir de couches existantes officielles, en particulier des couches d’occupation des sols (CLC, LithMos) s’avère ici inefficace de par la faible précision de ces couches

On a isolé les couches correspondant à la zone littorale et à la plage à partir de données CLC mais le même résultat est obtenu pour les années 1990, 2000 et 2006. Les données Lithmos n’apporte pas plus d’information

Activité 2 : Impact des tempêtes hivernales A l’aide des documents et du logiciel Qgis, montrer l’impact décisif des tempêtes hivernales dans l’érosion du littoral Document 1 : Photographies de la région de Soulac après les tempêtes hivernales (rapport BRGM)

Formation de falaises sur la dune embryonnaire au niveau du secteur des Huttes, en aval par rapport à la dérive littorale et les ouvrages (Soulac-sur-Mer, 07/01/2014, BRGM).

Gauche : recul du front de mer au Nord de l’Immeuble Le Signal ; Droite : érosion majeure au droit du Signal, séparé du haut de falaise par 15 m de dune (Soulac-sur-Mer, 07/01/2014, BRGM).

Gauche : effondrement du club de surf au Sud de Soulac ; Droite : effondrement de 3 anciens bâtiments du camping Sud (Soulac-sur-Mer, 07/01/2014, BRGM).

Document 1 : Photographies de la région de Soulac (Montalivet) après les tempêtes hivernales (rapport Sud-Ouest)

Eléments de réponse Observation du trait de côte à l’Amélie après la tempête de janvier

Apparition de falaises au niveau des dunes (image de gauche : 2012, image de droite : janvier 2014)/La structure de l’ombre portée dans la deuxième image à la suite directe de la végétation atteste de la présence de ces falaises

Destruction au niveau de la plage de Grayan

Erosion au niveau de l’immeuble du Signal (Soulac sur mer) : à gauche 2012, à droite janvier 2014

Activité 3 : Végétation dunaire et érosion A l’aide des documents et du logiciel Qgis, montrer le rôle important de la végétation dans la protection contre l’érosion Document 1 :

Document 2 : Différents états de la végétation dunaires (environs de Soulac)

3.1 Extraction de la végétation de la dune Questionnement On effectuera les étapes suivantes conduisant à l’extraction de cette végétation :

1. Traitement NDVI afin d’isoler la végétation

2. Utilisation de la fonction seuillage afin de mieux cibler la végétation

3. Réalisation d’une palette de couleur afin d’isoler la végétation peu dense (cas de la végétation dunaire)

4. Utilisation de site témoins pour vérifier la pertinence des traitements

5. Superposition à la couche de dune de la végétation peu dense afin d’isoler la végétation dunaire

6. Choix de zones témoins permettant d’estimer la densité de cette végétation

Eléments de réponse

Réalisation des étapes 1 et 2

Etape 3. A droite les pixels correspondant à l’eau ont été rendus transparents

Etape 3. A droite photographie arienne d’une zone de végétation. A gauche : superposition à cette couche de la végétation à faible (en violet) et forte densité (vert)

3 sites témoins présentant des densités de végétation dunaire différentes : - Zone très dense (le Verdon sur Mer)

- Zone moyennement dense (Grayan)

- Zone sans végétation (Soulac)

3.2 Erosion et végétation dunaire Questionnement

1. Utilisez différents site témoins pour estimer l’impact de la présence de végétation sur l’intensité de l’érosion

Eléments de réponse Sur les pages suivante : Erosion sur les 3 sites témoins présentant des densités de végétation dunaire différentes :

- Zone très dense (le Verdon sur Mer) : 2000, 2010, 2014 (après les tempête de janvier)

- Zone moyennement dense (Grayan)

- Zone sans végétation (Soulac)

Activité 4 : Protection du littoral A l’aide des images fournies, relevez les différentes structures de protection du littoral mis en place. Discuter de leur pertinence et de leur efficacité Document 1 : « Les dommages liés à l'érosion du littoral seront plus fréquents et plus élevés »

Le Monde.fr | 28.02.2014 à 12h09 |Propos recueillis par Audrey Garric Sept départements de l'Ouest et du Sud-Ouest ont été placés en vigilance orange vagues-submersion jusqu'à samedi matin, a annoncé vendredi 28 février Météo France. Ces nouvelles intempéries entraînent des risques pour un littoral déjà fragilisé après la succession de tempêtes qui ont frappé la côte depuis le début du mois de janvier. Pour Catherine Meur-Férec, géographe à l'Institut universitaire européen de la mer de l'université de Brest (Finistère), estime que l'érosion du littoral, amplifiée par une urbanisation massive en bord de mer, va s'accélérer dans les années futures, causant « des dommages plus fréquents et plus élevés ». Il faudra alors« changer les mentalités » et « internaliser le coût du risque ». Pourquoi le littoral français est-il si vulnérable aux tempêtes ? Catherine Meur-Férec : Le littoral français est plus vulnérable qu'il y a cinquante ans. La première raison réside dans l'installation de biens (habitations, commerces, etc.) à proximité de la mer, une urbanisation qui s'est accélérée durant les Trente glorieuses avec la démocratisation du tourisme balnéaire et la périurbanisation près du littoral. Or, la côte est un élément naturel en mouvement. Les dunes, les plages ou les galets font l'objet d'une dynamique intense sous la force de la mer et des vents. En cas de houle de tempête, la dune lâche du sable à la mer – on peut alors perdre jusqu'à dix mètres sur le littoral – qu'elle récupère lors des houles de beau temps. En durcissant la ligne de rivage, on empêche ces échanges naturels de sédiments. Quand des houles de tempêtes arrivent sur une digue, par exemple, elles emportent le sable non pas des dunes mais de la plage, qui s'amaigrit. Les vagues fragilisent également les constructions en les touchant directement. Au final, le littoral s'érode et recule. On estime qu'un quart du trait de côte métropolitain, soit 1720 kilomètres, recule du fait de l'érosion marine. Ce grignotage, ainsi, que la présence de zones au-dessous du niveau de la mer, entraîne des risques de submersion, c'est-à-dire d'inondations temporaires des habitations et des activités humaines. Selon le ministère de l'écologie, 5900 km2de terres se situent sous le niveau d'une crue centennale. Au-delà de l'urbanisation, la vulnérabilité croissante du littoral est également due au changement climatique. Les enregistrements des marégraphes montrent que l'eau monte à raison de 1,5 mm par an depuis 1880, et de 3 mm depuis les dernières décennies. Les prévisions du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) indiquent que cette accélération va se poursuivre avec une hausse qui pourrait atteindre jusqu'à 1 mètre d'ici à la fin du siècle. L'accélération de l'érosion est donc un phénomène appelé à perdurer ? La situation ne va pas s'arranger du fait de cette élévation du niveau de la mer, mais aussi de la pénurie de sédiments. Le sable qui constitue nos plages est un héritage des glaciations du Pléistocène. Tant qu'il n'y aura pas de grand épisode de froid, il n'y aura pas de nouvel apport. Les sédiments ne se renouvellent pas de façon automatique à l'échelle humaine mais à l'échelle géologique. Leur disparition est également due à des raisons humaines : pendant des années, on a fortement entamé les stocks de sable, notamment pour la construction. L'érosion va s'accélérée, et on va avoir des dommages plus fréquents et plus élevés. Quels sont les territoires les plus menacés par les risques d'érosion et de submersion ? C'est difficile à dire. La côte aquitaine, exposée plein Ouest, subit toutes les grandes houles de plein fouet. Les mouvements de sable y sont très spectaculaires, comme à Soulac-sur-mer (Gironde), mais on peut aussi avoir des reconstitutions de plages. La façade atlantique n'est pas forcément la plus touchée. Le Languedoc-Roussillon est lui aussi menacé avec une forte densité de population située sur des lidos, des cordons de sable entourés de mer et d'étangs. Une partie du Nord-Pas-de-Calais est aussi fragile, avec des zones très basses et densément peuplées. Enfin, les villes situées sur un estuaire sont vulnérables, car elles risquent d'être submergées à la fois par les hauts niveaux de la mer mais aussi des cours d'eau. Cela a été le cas à la Faute-sur-mer (Vendée), pendant la tempête Xynthia. Estimez-vous que les Français ont davantage conscience de ces risques depuis le passage de la tempête Xynthia en février 2010 ? Le changement n'est pas si net que cela. Il est certain que Xynthia, qui a fait 53 morts, a traumatisé les populations vivant sur les côtes qui ont été balayées par la tempête. Mais les autres habitants, mêmes s'ils sont conscients des risques, ne pensent

pas qu'une telle catastrophe pourrait les toucher. Il s'agit d'un phénomène classique de mise à distance du risque pour pouvoir continuer à habiter dans une zone dangereuse. Surtout, les plaisirs et loisirs qu'ils retirent de la vie en bord de mer prennent le pas, à leurs yeux, sur le danger qu'elle constitue. Au final, depuis Xynthia, il n'y a pas de changement dans le fait de vouloir habiter près du rivage : la demande de constructions reste très forte et la valeur des terrains à proximité de l'eau n'a pas baissé. Les Français ne sont pas prêts à quitter le littoral. Les mesures prises pour gérer les risques liés à l'érosion et aux tempêtes ont-elles été efficaces ? Les risques d'inondation, submersion marine et érosion sont couverts depuis 1995 par des plans de prévention des risques naturels (PPRn), dotés d'un fonds (le Fonds Barnier). Mais ils n'ont pas été suffisamment appliqués par les communes. La tempête Xynthia a provoqué un coup d'accélérateur notamment par l'établissement de la liste des communes prioritaires par les Directions régionales de l'environnement, de l'aménagement et du logement (Dréal). Mais la mise en place de ces PPR est très longue en raison du panel d'acteurs qu'elle fait intervenir (Etat, collectivité, citoyens) et des difficultés qu'elle pose (interdire de la construction dans des zones où la pression foncière est très forte). Le plan digue, annoncé par Nicolas Sarkozy juste après Xynthia, n'a pas abouti : on n'a pas les moyens de construire des digues sur les 5 500 kilomètres de côtes. Il a été transformé d'une part en des Plans de submersions rapides (PSR) qui doivent financer des ouvrages de protection, et d'autre part en des Plans d'aménagement pour la prévention des inondations (PAPI), qui s'appliquent à des zones territoriales plus larges et intègrent une réflexion sur l'aménagement du territoire. Fin décembre 2012, cinq collectivités locales de métropole et d'outre-mer ont également été retenues par un appel à projets du ministère de l'écologie, dans le cadre d'une stratégie nationale de gestion du trait de côte, pour mener des démarches pilotes de relocalisation des activités et des biens menacés par les risques littoraux. Leur démarche sera financée à hauteur de 600 000 euros sur deux ans. Mais pour l'instant, il ne s'agit que d'une expérimentation. Quels ont été les freins à une application plus efficace de ces plans ? Les enjeux sont très importants sur le littoral tant la pression foncière est énorme. Déclarer un terrain inconstructible, c'est faire face à une grosse perte financière pour les propriétaires mais aussi pour les élus qui cherchent à attirer des habitants et des investissements. Et comme il s'agit de gérer des incertitudes, on peut toujours se dire que le pire n'arrivera pas. Mais en cas de catastrophe naturelle, les habitants se retournent contre les autorités qui ont délivré les permis de construire... Il est également difficile de savoir qui est responsable. Au nom d'une loi de 1807, l'Etat n'a pas d'obligation de protéger le trait de côte – même s'il peut se décider à intervenir. Les propriétaires riverains doivent payer pour se protéger. Mais en réalité, ce sont les collectivités, avec l'aide de l'Etat, qui payent la prévention des risques et les réparations en cas de catastrophe. Le coût du risque est aujourd'hui public et non pas privé. Comment améliorer la prévention et la gestion des risques sur le littoral ? On a assez de plans, même trop, vis-à-vis des élus qui sont perdus face à cette organisation très complexe. Il faut surtout changer les mentalités, reconnaître la notion de danger de la mer et arrêter de construire si près du rivage. Cela peut passer par l'éducation à l'environnement et aux risques du littoral dès l'école. Mais cette évolution sera difficile tant les enjeux financiers sont énormes. On va peut-être devoir un jour internaliser les coûts du risque, taxer ceux qui tirent un bénéfice de cette localisation très particulière en bord de mer. Il pourra par exemple s'agir de faire payer aux résidences de vacances le coût de la restauration de la digue et de la plage. Sans cela, on va bientôt arriver au bout du système de solidarité et de prise en charge publique des risques littoraux.

Document 2 :

Document 3 :

Le bureau d’étude Sogreah a découpé le littoral aquitain en 44 secteurs et analysé les urgences et actions à lancer pour chacun d’entre eux. Ces urgences sont traduites dans cediagnostic en point de vigilance (urgence forte = vigilance très forte, urgence moyenne = vigilance forte, urgence faible = vigilance moyenne). La colonne secteur du tableau renvoi à la référence du secteur identifié par Sogreah

Eléments de réponse

Sur les pages suivantes :

- Différentes structures de protection du littoral

- La dernière structure constitue une nouvelle construction postérieure à la tempête de janvier

A 2 Mathématiques: Minimisation du temps d’évacuation d’une zone inondée

Objectifs :

Utiliser les notions de graphes vues précédemment sur un exemple concret : les inondations

consécutives à la tempête Xynthia en mars 2010

L’image suivante permet de localiser la zone d’étude au sein de la côte charentaise.

Pour l’image qui suit, on a matérialisé, sur la carte du Sertit, des zones à évacuer (A, B, C, D, E, F et G), le point de réception des personnes évacuées (H) et les trajets pondérés possibles pour cette évacuation. Les trajets noirs correspondent à des évacuations à pied et les trajets bleus à des évacuations par zodiacs.

Déterminer le trajet le plus rapide pour chacune des zones à évacuer.

Eléments de réponse : En utilisant l’algorithme de Dijkstra, on peut trouver une plus courte chaîne entre A et H et préciser son poids.

A B C D E F G H

0

20A 17A

20A

34C 55C

34B 30B

55C

34B

55C 42F

54D 55C 42 F

La plus courte chaîne est (A-B-F-H) et elle est de poids 42.

PARTIE 2: LOCALISATION D’UNE ZONE A RISQUE

A1 : Exploration avec TerreImage d’une zone susceptible d’accueillir la présence du vecteur d’une zoonose

Activité 1 : Utilisation des techniques spatiales et prévention de la fièvre de la Vallée du Rift A l’aide du corpus documentaire :

1. Identifier le rôle de moustiques dans la propagation de la maladie

2. Discuter des conditions nécessaires à la survie et à la propagation des moustiques

3. Montrer l’existence de conditions favorables à la propagation de la maladie dans la région du Ferlo

4. Expliquer l’apport du spatial dans la prévention de la maladie

Document1 : Fièvre de la vallée du Rift GENERALITES La fièvre de la Vallée du Rift (FVR) est une zoonose virale touchant principalement les animaux mais pouvant aussi contaminer l'homme. L'infection peut provoquer une pathologie sévère tant chez l'animal que chez l'homme. Les morts et les avortements dans les troupeaux infectés par la FVR entraînent aussi des pertes économiques substantielles. Le virus de la FVR appartient au genre Phlebovirus, l'un des cinq genres de la famille des Bunyaviridae. Il a été identifié pour la première fois en 1931 au cours d'une enquête sur une épidémie touchant les moutons d'une ferme de la Vallée du Rift, au Kenya. On a ensuite signalé des flambées en Afrique du Nord et en Afrique subsaharienne. En 1997-1998, une flambée épidémique majeure s'est produite au Kenya, en Somalie et en Tanzanie et, en septembre 2000, des cas de FVR ont été confirmés en Arabie saoudite et au Yémen. Cette première fois où on a signalé la maladie en dehors du continent africain suscite des inquiétudes sur la possibilité de son extension à d'autres parties de l'Asie et à l'Europe VECTEURS Plusieurs espèces de moustiques peuvent jouer le rôle de vecteur dans la transmission du virus de la FVR. Les espèces dominantes à cet égard varient d'une région à l'autre et plusieurs espèces peuvent jouer des rôles différents dans le maintien de la transmission virale. Chez les animaux, le virus de la FVR se transmet principalement par les piqûres de moustiques infectés, avant tout des espèces du genre Aedes, qui acquièrent le virus en s'alimentant sur des animaux infectés. Les femelles sont également capables de transmettre le virus directement à leurs œufs. Les nouvelles générations de moustiques sont alors déjà infectées au moment de l'éclosion. Cela assure la continuité de la présence du virus de la FVR dans des foyers enzootiques, celui-ci ayant ainsi un moyen durable de persister grâce aux œufs qui survivent pendant plusieurs années dans des conditions de sécheresse. Pendant les périodes de fortes précipitations, les gîtes larvaires sont inondés et les œufs éclosent. La population de moustiques augmente alors rapidement et transmet les virus aux animaux sur lesquels elle se nourrit. Il y a également le risque que les épizooties et les épidémies associées chez l'homme s'étendent à des zones auparavant indemnes. C'est un grand sujet d'inquiétude et cela s'est produit lorsque des animaux infectés ont introduit le virus dans des zones où les vecteurs étaient présents. Lorsque des Aedes et d'autres espèces de moustiques s'alimentent sur des animaux infectés, une flambée limitée peut rapidement s'amplifier par la transmission du virus aux autres animaux sur lesquels ils s'alimentent par la suite.

Document2 : Les moyens de prévention collectifs et individuels contre la fièvre de la vallée du Rift Lors d’une flambée de FVR, le contact rapproché avec des animaux et, plus particulièrement avec leurs liquides biologiques, directement ou sous forme d’aérosol, a été identifié comme étant le facteur de risque le plus

important. En l’absence de traitement spécifique et de vaccin efficace pour l’homme, la connaissance des facteurs de risque et des mesures de protection qui peuvent être prises au niveau individuel, sont le seul moyen de diminuer le nombre des infections humaines et des décès. La prévention collective repose sur :

le contrôle du bétail sur pied importé de pays touchés par la maladie,

la surveillance des animaux importés illégalement,

la lutte anti-vectorielle (LAV).

Elle consiste à :

Repérer et supprimer les gîtes larvaires (mesure préventive) autour de son habitat et autour des élevages

Effectuer un traitement contre les moustiques adultes (mesure curative).

La LAV basée sur des insecticides chimiques ou biologiques ne peut être réalisée que par des professionnels autorisés par le préfet alors que la suppression des gîtes larvaires peut et doit être réalisée par chaque citoyen et constitue indéniablement un axe majeur de la lutte contre les moustiques potentiellement vecteurs de maladies. La destruction mécanique des gîtes larvaires est la plus efficace mais nécessite une forte mobilisation communautaire. La lutte anti-vectorielle chimique n’est utilisée, autant que possible, qu’en cas de circulation virale (épidémie), de nuisances très importantes ou d’implantation de vecteur dans une nouvelle zone géographique limitée où l’éradication est encore possible. La lutte larvicide à l’aide d’insecticides est réservée par exemple aux zones d’eau stagnante qui ne peuvent pas être facilement vidées. La lutte adulticide est nécessaire pour rompre le cycle de transmission de l’épidémie. Les molécules utilisées sont des molécules autorisées dans le cadre de la réglementation européenne relative aux substances biocides. En raison de la possibilité d’impact des traitements sur l’environnement, les professionnels de la LAV tiennent compte du milieu concerné afin de définir les méthodes, le calendrier et les doses d’application des produits. Des mesures de protection importantes sont prises vis à vis des particuliers afin de limiter l’exposition à ces produits. Il est donc important que chacun respecte bien les consignes diffusées par les agents de lutte anti-

vectorielle lors de leur passage.

Document3 :

Document 4 : Expérience d ’Alto (Université de Floride) sur l’évolution des populations en fonction de la température et de l’humidité

Différentes populations d’effectif de moustiques sont élevées dans différentes conditions durant plusieurs semaines. On détermine à la fin de l’expérience la taille des populations

Conditions expérimentales Milieu à faible fluctuation

Milieu à forte fluctuation

Milieu sec

Condition d’humidité Le bassin est rempli lorsque 90 % de l’eau est évaporé

Le bassin est rempli lorsque 25 % de l’eau est évaporé

Le bassin est rempli lorsque toute de l’eau est évaporé

Température 30°C 22°C 30°C 22°C 30°C 22°C Résultats

Nombre d’individus +++ + ++++ + + + Temps de développement des adultes

--- - --- -- - -

Lots d’œufs produits +++ + ++++ + + + Nombre de repas de sang ++++ ++ +++++ ++ + +

Document 5 : Distribution of Aedes vexans and Culex poicilipes captured by monthly rainfall, Barkedji, Sénégal, 1991-1996

Document 6 : Variation du NDVI à l'échelle mensuelle et activité FVR (↓) de 1987 à 2000 en Mauritanie (Hodh El Gharbi).

DOCUMENT 7 : ROLE DE LA MARE DANS LA GESTION DES SYSTEMES PASTORAUX SAHELIENS DU FERLO (SENEGAL). OUMAR SY. CYBERGEO (MODIFIE)

Fortement dépendante de la disponibilité en eau et en fourrage pour le bétail, l’activité pastorale repose sur un équilibre écologique fragile et particulièrement vulnérable aux variabilités de précipitations. Le régime annuel des précipitations y est caractérisé par une seule saison des pluies, communément appelée « mousson d’Afrique de l’ouest », qui représente l’unique apport en eau de l’année, et qui, de ce fait, joue un rôle capital tant pour les systèmes de production agricoles que pastoraux. De plus, les contraintes liées à la rareté chronique de l’eau y sont accentuées par une importante variabilité spatiotemporelle des précipitations, dont l’incidence peut s’avérer dramatique pour les populations pastorales et leur cheptel, comme l’ont tristement démontré les épisodes successifs de grandes sécheresses de1973, 1984, et plus récemment la crise alimentaire qui a profondément touché le Niger entre 2004 et 2005. Le choix du site d’implantation du campement par le pasteur obéit à une logique : proximité d’une mare à usage humain et d’une autre, plus grande, mais un peu plus éloignée, pour l’abreuvement des animaux. Aujourd’hui, même la mare aménagée, tarit en saison sèche du fait de la forte évaporation et des prélèvements divers. Par contre en saison des pluies, elle reste la principale source d’alimentation des populations (79% d’usagers)

Sources d’alimentation des populations (%) en saison des pluies

La particularité de la mare est sa facilité d’accès, contrairement au puits ou au forage dont l’utilisation est réglementée. L’accès gratuit à la mare (de juillet à janvier selon les sous zones (tableau 1) permet l’allégement du coût de l’abreuvement et une meilleure exploitation des ressources fourragères. Document 8 : Evolution de la quantité de mare au Sahel Dans le Sahel pastoral, les mares sont très importantes pour la population, particulièrement pour les troupeaux. Dans le Gourma au Mali, il existe un paradoxe : malgré la longue sécheresse, l’utilisation de photographies aériennes des années 60 de l’IGN avec les données satellites depuis 75 jusqu'à maintenant, montre un accroissement important des mares depuis les années 60. Par exemple, les scientifiques ont constaté un accroissement des surfaces de 98% entre 1975 et 2002 sur une zone témoin de 150 sur 150 km. En 1975, 92 mares recouvraient 22 000 hectares et en 2002, 43000 hectares pour une pluie quasiment équivalente. Cette évolution est graduelle, la plupart des mares sont passées de mares saisonnières à des mares pérennes. Les chercheurs ont montré que ce paradoxe provient d’un accroissement de l’écoulement et non pas du cycle saisonnier des précipitations.

Document 9 : Traquer les moustiques par satellite ! Malgré la résolution de plus en plus fine des satellites, il est bien évidemment impossible de localiser les moustiques par satellites ! Néanmoins les images prises par le satellite SPOT 5 sont une aide précieuse pour les autorités sanitaires locales des régions à risques : elles permettent une classification des mares où se reproduisent les moustiques vecteurs de maladies. En combinant ces cartes avec des cartes

météo, on peut ainsi prévoir le développement des œufs de moustiques et demander en conséquence aux éleveurs d’éloigner le bétail durant les périodes à risques

Le NDPI (Normalized Difference Pigment Index) utilise les canaux MIR et vert de l’image SPOT. Cet indice a un double intérêt : d’une part, il permet de faire ressortir tout ce qui est surface en eau et, d’autre part, il permet du même coup de différencier la végétation à l’intérieur des mares de celle située à l’extérieur. Afin de faire ressortir les mares sur les images résultant du calcul de l’indice des mares, on a procédé par seuillage : les mares et les sols sont ainsi mis en évidence ; mais un second seuillage sur le MIR est nécessaire pour éliminer les sols et ne laisser apparaître que les mares. le NDTI(Normalized Difference Temperature Index) quant à lui utilise les canaux rouge et vert de l’image SPOT, et il est destiné à évaluer le degré de turbidité des mares. Rappelons que les mares étudiées font l’objet d’une utilisation socio-économique particulière : abreuvement du bétail, lieu de lessive pour les femmes, etc. Généralement, après utilisation (abreuvement du bétail) et compte tenu des éléments en suspension, la turbidité des mares augmente ; ce qui par ailleurs affecte leur réflectance qui devient comparable à celui des sols nus Document 10 : Extraction d’une mare sur une scène SPOT au Sénégal

Document 11 : Obtention à partir de la scène précédente d’une zone potentiellement occupée par les moustiques

Eléments de réponse

La maladie est potentiellement transmise par les moustiques. La présence de celui constitue donc un facteur essentiel de risque. Le moustique a besoin pour sa survie et sa reproduction d’être à proximité d’un point d’eau (zone de ponte) et d’une zone de végétation (présence des animaux pour pouvoir effectuer ces repas de sang). Dans la région du Ferlo ces points d’eau sont préférentiellement représentés par des mares plus ou moins pérennes qui en plus fournissent des proies pour le moustique (élevage). L’étude des images satellites permet de localiser ces mares et donc de suspecter la présence des moustiques. Ces mares sont d’autant plus problématiques si elles se situent à proximité de zones peuplées.

Activité 2 : Exploration de la région du Ferlo (environs deb Taredjiz ) avec le module TerreImage En utilisant les fonctionnalités de TerreImage, proposez une cartographie permettant d’identifier :

Les zones de végétations

Les zones habitées

Les sources d’eau

Eléments de réponse

Une identification simultanée de toutes ces catégories peut être envisagée par classification non supervisée.

Elle permet une identification convenable des différentes catégories, mais qui manque de précision. On diversifiera donc les traitements afin d’améliorer la discrimination Pour la végétation : on utilisera par exemple le traitement NDVI (à gauche NDVI natif, à droite avec

une palette de couleurs)

Pour l’eau et les zones d’habitation : l’utilisation de la classification par angle spectral donnera des

résultats satisfaisants

A gauche : l’image initiale (composition colorée VR/R/PIR A droite : classification par angle spectrale En bas : classification par angle spectrale avec application d’une palette

L’analyse de l’image satellite révèle un problème, le nombre de mare représenté semble très faible. Ceci s’explique par la date de la prise de vue de l’image satellite (avril 2012) qui correspond à une période de très faible pluviométrie qui se traduit par la disparition des mares temporaires, ce qui rend impossible leur discrimination par la présence de l’eau

Une même mare observée à différentes périodes La mare n’est pas toujours observable, par contre des sédiments laissés par celle-ci (argiles) sont assez visibles.

On cherche à extraire de l’image satellite les argiles révélatrices de la présence de mare :

- On commence par repérer sur les photographies aériennes, les zones de mares (visible ici car la prise

de vue correspond à la période humaine)

On identifie dès lors sur l’image satellite les argiles qui restent après évaporation de l’eau

On effectue ensuite une classification par angle en spectral, en utilisant comme pixel de référence l’argile du centre de l’ancienne mare. (Image en haut à gauche). On effectue ensuite un seuillage pour restreindre l’affichage des pixels présentant des valeurs très proche de celle de notre pixel de référence puis on applique une palette (Image en haut à droite). On compare ensuite hors d’un site déjà identifié comme une mare les résultats d’une discrimination supposée d’une mare sur l’image satellite (Image en bas à gauche) et sur la les photographies aériennes (Image en bas à droite)

Le procédé conduit à une bonne identification des mares qui se détachent bien de la végétation mais également des terres sèches, mais on peut observe (images suivantes) que les zones en cultures et qui ne possèdent pas encore de végétation (=sols nus mais relativement humide) donne une réponse assez similaire, ce qui empêche une estimation de la surface concernée.

L’utilisation d’autres statégie, en particulier la classification supervisée, ou l’utilisation d’indice de brillance (très utile pour les sols nus) est possible avec des résultats plus ou moins satisfaisants (en suivant : exemple de traitement à partir de l’indice de brillance)

A2 Mathématiques : Localisation et modélisation d’une zone potentielle d’épidémie de paludisme

Objectifs :

Utiliser les notions d’ensembles pour repérer une région présentant des conditions favorables au

développement d’une épidémie de paludisme.

Découvrir les modèles mathématiques simples en épidémiologie et utiliser un tableur pour un modèle

particulier.

1/ Localisation d’une zone potentielle d’épidémie de paludisme On considère que les zones présentant le maximum de risque pour l’apparition d’une épidémie de paludisme possèdent les caractéristiques suivantes :

• une densité de population suffisamment importante ; • la présence de points d’eau ; • un couvert végétal suffisamment dense.

Ouvrir le fichier GeoGebra “paludisme.ggb” dans lequel a été insérée une image satellite de la communauté rurale de Mboula (Région de Ferlo, Sénégal).

1. En considérant que la zone d’activité humaine s’étend à 2 km autour de Mboula, matérialiser cette zone par un disque rouge. 2. En considérant que la distance maximale moyenne parcourue par un moustique en Afrique (l’anophèle) depuis une zone d’eau ou de végétation est de 500 m, matérialiser ces zones par des ellipses de couleurs respectivement bleues et vertes. 3. En déduire les zones à risque de développement du paludisme (zones d’intersection des zones précédemment délimitées) et hachurer ces zones.

4. Quelles sont les limites de ce modèle ?

Eléments de réponses :

2/ Modélisation d’une zone potentielle d’épidémie de paludisme Un modèle mathématique a pour objectif de retranscrire le plus fidèlement possible le fonctionnement et les dynamiques du phénomène qu’il traduit afin de réaliser généralement des prévisions. C’est un ensemble d’équations régissant le phénomène étudié. Différents types de modélisations peuvent être réalisées : linéaires, affines (utilisation des moindres carrés), exponentielles, logarithmiques…. Dans le domaine de l’épidémiologie, les modèles font appels le plus souvent à des résolutions d’équations (et de systèmes d’équations) différentielles qui dépassent globalement le cadre du programme de lycée. Nous allons nous intéresser à deux modèles simples puis dans une seconde partie, nous développerons une activité autour du modèle de Mc Donald. Tous ces modèles nécessitent évidemment un minimum de connaissances de l'agent pathogène, de sa transmission et de l’histoire naturelle de la maladie.

A/ Deux modèles classiques :

1/ Le modèle exponentiel

Ce modèle a été utilisé par Malthus en 1798 pour modéliser la croissance de la population. Il est basé sur le fait que la croissance d'une population est directement proportionnelle à l'importance de cette population :

X(t) = X(0) . e r t

Avec X(t) le taux d’infection à l’instant t ; X(0) le taux d’infection initial ; r le taux de croissance.

En épidémiologie, ce modèle ne peut être utilisé que pendant la phase de départ d'une épidémie et dévie rapidement des observations réalisées.

2/ Le modèle logistique

Ce modèle a été proposé pour la première fois par Verhulst en 1838 et développé par Pearl en 1920, c'est pourquoi il est aussi appelé modèle de Verhulst-Pearl. C'est le modèle le plus employé en épidémiologie. Il est basé sur une croissance exponentielle, mais prend en compte qu'une population ne croît normalement pas au-delà d'une certaine limite naturelle (carrying capacity). Cette équation peut être utilisée dans tous les processus où les ressources sont limitées.

N(t) =

Avec N(t) le nombre de malade à l’instant t ; N(0) le nombre initial de malades ; r le taux de croissance

C le taux d’infection maximum.

3/ Représentation graphique des deux modèles

B/ Le modèle épidémiologique de Mc Donald :

1/ Présentation du modèle

Le modèle de transmission du paludisme de MC DONALD est un des plus ingénieux qui aient été inventés. Son importance historique est considérable et il est impossible de l'ignorer. La pièce centrale est le "taux de reproduction du paludisme". Ce taux "z" est le nombre de cas qui surviendront l'année suivante à partir d'un cas observé cette année. Il dépend du nombre de moustiques infectants, donc du nombre total d'insectes vecteurs, et du nombre de sujets porteurs de gamètes infectants (pour le vecteur) dans la population humaine.

e

qnj m a bz

Ga q

N

2

Avec N l’effectif de la population humaine totale m le nombre d'anophèles* femelles par homme et donc mN le nombre total d'anophèles

G le nombre d’hommes porteurs de gamètes infectants et donc le rapport G

Nest appelé l’indice

gamétocytique

j le nombre de jours pendant lesquels un homme présente des gamètes dans le sang avant de guérir

b le coefficient d'infectiosité de l'homme, ou proportion d'hommes qui s'infectent réellement après une piqûre par un insecte infectant

a la fréquence par jour des repas pris sur l'homme par un anophèle (l'insecte ne pique pas tous les jours, et il ne pique pas que l'homme).

n la durée du cycle extrinsèque (évolution de l'hématozoaire chez le moustique avant l'arrivée dans les glandes salivaires) ; le moustique est donc infecté n jours avant d'être infectant.

q mortalité quotidienne du moustique. Chaque jour une proportion q de moustiques disparaît (il s'agit d'une mortalité "par accident" c'est pourquoi elle est constante et ne dépend pas de l'âge des moustiques).

2/ Estimation des paramètres

N La population humaine peut toujours être recensée.

a La fréquence des repas pris sur l'homme par moustique et par jour dépend de la préférence trophique, c'est-à-dire de la proportion de repas pris sur l'homme. Pour Anopheles gambiae ce sera par exemple 90 % ou 0,9. Cela dépend aussi de la durée du cycle gonotrophique, ou intervalle entre deux pontes puisque la femelle prend un repas de sang par ponte. Si elle pond tous les deux jours : a = 0,9/2 = 0,45

m L'effectif de moustiques ne peut être apprécié que par rapport à la population humaine. C'est la densité anophélienne. En pratique, ce que l'on recherche par "chasse de nuit", à l'aide de spécialistes dont l'emploi consiste à attraper tous les moustiques qui les piquent durant toute une nuit, c'est le nombre de piqûres par homme et par nuit ou "PHN" et ce nombre est égal à "ma". Si 10 captureurs ont ainsi attrapé en tout 54 anophèles femelles : PHN = ma = 54/10 = 5,4 donc

m = ma/a =5,4/ 0,45 = 12

G Le nombre de porteurs de gamètes dans la population humaine. On détermine G

N l'indice

gamétocytique des paludologues, c'est le nombre de lames avec des gamètes de Plasmodium falciparum (par exemple) que divise le nombre de lames examinées. Nous fixerons par exemple cet indice égal à 3 % en zone d'hyperendémie

G

N = 0,03 =3%

b D'après la primo infection infantile, serait de 0,08 b=0,08

j Le nombre de jours de présence des gamètes dans le sang périphérique peut être pris égal à 30 (un mois) sans traitement.

j=30 n La durée du cycle extrinsèque dépend de l'espèce plasmodiale, de l'espèce anophélienne et de la

température. Pour Plasmodium falciparum, Anopheles gambiae et une température de 25 degrés le cycle dure 13 jours avant que les formes infectantes apparaissent dans les glandes salivaires n = 13

q La mortalité quotidienne du moustique est difficile à déterminer. Les entomologistes capturent tous les insectes qu'ils trouvent au repos et recherchent la proportion de femelles pares "P" par examen des ovaires. Si dans l'espèce étudiée la première ponte a lieu à 4 jours, cette proportion est P = (1 - q)4 donc

q P4

1

Si par exemple les 2/3 des femelles capturées au repos sont pares

q 42

13

0,1

3/ Utilisation du tableur

Créer une feuille de calcul reprenant ces différents paramètres sachant que certains paramètres (N, m, q, G

N)

peuvent être modifiés alors que d’autres d’ordre biologique ne peuvent changer.

Calculer alors z, le taux de reproduction du paludisme, en adoptant les valeurs citées dans le paragraphe "estimation des paramètres".

z=………………………………………………… Commenter ce résultat. Remarques :

D’autres formules permettent, à partir de ces mêmes paramètres, de calculer la proportion d’insectes

infectés, la proportion d’insectes infectants ou l’espérance de vie infectante.

Pour plus d’informations, consulter le site de Jean Dutertre, médecin et épidémiologiste, dont est tirée cette activité. http://jdtr.pagesperso-orange.fr/

Il faut donc s'attendre, dans la zone sahélienne dont les chiffres de 1957 ont été adoptés pour cet exemple, à ce qu'un cas soit à l'origine de 14 cas l'année suivante. On peut déjà noter que cette valeur du taux de reproduction z 14 calculé ci-dessus est invraisemblable, car aucune population n'y survivrait jamais, mais

nous poursuivons, car il s'agit ici d'un excellent exemple d'école. En effet, c'est ce taux qu'il convient d'abaisser au-dessous de l'unité pour lutter efficacement contre l'endémie. Tel est le point important de ce genre de raisonnement. Ici, la lutte contre la paludisme ne consistera ni à guérir tous les malades, ni à détruire tous les insectes, tant il est vrai qu'il y a sur un hectare un homme, un chien et un million d'insectes, mais la lutte consiste à faire passer le taux de reproduction du paludisme au dessous de l'unité.

4/ Exemple d’action antipaludique

Dans la feuille de calcul précédemment créée, faire varier les paramètres m, q, G

N et observer z, le nouveau taux

de reproduction du paludisme. On pourrait songer, à prendre les mesures suivantes : 1 ) On peut abaisser l'indice gamétocytique G/N par une chimioprophylaxie à la chloroquine hebdomadaire. G/N passe de 3% à 1%. 2) On peut abaisser la densité anophélienne m par la lutte antilarvaire. m passe de 12 à 3. 3) On peut augmenter le taux de mortalité quotidien q des moustiques par la lutte imagocide à l'aide

d'aspersions d'insecticides rémanants sur les murs des habitations : q passe de 0,1 à 0,2. On ne peut changer ni a ni n qui sont des paramètres biologiques. En l'absence de traitement j ne change pas car on ne fait que de la chimioprophylaxie.

Calculer alors z, le taux de reproduction du paludisme, en adoptant ces nouvelles valeurs. :

z=…………………………………………………

Commenter ce résultat. Remarques :

Ces mesures de santé publique sont réalistes et ont été appliquées réellement et pendant plusieurs années. Il ne faut plus attendre qu'un demi-cas par cas existant.

Si ces conditions pouvaient être maintenues assez longtemps (il faudrait souligner ces mots là trois fois !) le paludisme devrait s'éteindre inexorablement.

* Anophèle : Parmi les 3 500 espèces de moustiques existantes, on compte environ 430 espèces du genre

Anophèle. Très redouté, le moustique Anophèle est le moustique capable de transmettre le paludisme.