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PROJET BASSINS VERSANTS EN HAÏTI
BVH – PHASE I
Romain Frelat, Maxime Claden, Fouzia Bendraoua, Mhamad El Hage, Laurent Polidori, Cédric Gaucherel
9 Mars 2012
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Résumé La phase I du projet BVH offre le premier référentiel hydrographique (spatial) sur Haïti,
partie préliminaire indispensable au référentiel hydrologique final visé par le projet. Nous
avons listé et décrit les principales composantes des BV haïtiens que sont leurs réseaux
hydrographiques et leurs limites. Celles‐ci ont été obtenues à l'aide d'une extraction
automatique à partir d'un Modèle Numérique de Terrain (MNT). Nous avons également
codé la majorité des BV à l'aide d'une codification adaptée, et couvrons ainsi les 4/5ème de
la surface du pays. Enfin, nous avons estimé la qualité de ces produits, et l'avons confirmée
tout à fait correcte, si l'on considère que les précisions de positionnements des composantes
des BV sont inférieures en moyenne à la précision des données sources (30 m). Ainsi, Haïti
dispose à présent d'un référentiel hydrographique précis et homogène pour ses études
ultérieures.
Abstract For the first time, the stage I of the BVH project provides a detailed and homogeneous
hydrographical reference system on Haiti. This product is the preliminary and necessary part
of the final hydrological reference system that the BVH project should provide. We studied
in depth the main watershed components : drainage networks and watershed boundaries on
Haiti. We used an automatic extraction from Digital Elevation Model (DEM). Moreover, we
coded most Haitian watersheds (covering more that 4/5th of the country surface) by the use
of an adapted codification method. The quality of the final watershed components is highly
satisfactory, as it appeared to be less than the source accuracy: river arms and boundaries
located at a distance less than 30 m than the observed arms in average . This homogeneous
and coherent reference system is now available for any future studies of this kind in Haiti.
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Préambule
Pour qu'un pays puisse gérer efficacement sa ressource en eau, il doit en avoir une bonne
connaissance. C’est en vertu de ce principe de bon sens que nous avons souhaité décrire et
caractériser les bassins versants (BV) d'Haïti. Le BV est la portion de terre qui collecte l'eau
de pluie et l'achemine, au travers de l’unique point de sortie (nommé exutoire), jusqu'à
l'océan. Cet objet est complexe et ne peut pas être pleinement compris sans une étude
détaillée des flux d'eau qu'il accueille.
Nous avons souhaité réduire cet objectif ambitieux, estimer la ressource en eau d'Haïti, en
plusieurs objectifs plus modestes et accessibles avec des moyens limités. Nous avons
proposé une expertise doublée d'un projet de recherche, qui se concentrent sur les flux
d'eau de surface (les écoulements), et avons divisé le problème en une analyse spatiale (où
sont les flux d'eau ?) et une analyse temporelle (quand arrive l'eau ?). Ainsi, les services
haïtiens devraient disposer pour la première fois, à l'issue de ce projet nommé BVH (pour
Bassins Versants d'Haïti), de ce que l'on pourrait nommer un référentiel hydrologique (au
sens large) pour, à terme, mieux gérer la ressource dont ils disposent. Un référentiel peut
être vu comme un ensemble cohérent de connaissances, minimales et indispensables, sur un
objet pour le comprendre et mieux l'utiliser.
Le projet BVH constitue la réponse à une commande du Comité Interministériel de
l’Aménagement du Territoire d’Haïti (CIAT), qui est également le financeur de l’étude. Il est
dirigé par C. Gaucherel, chercheur en écologie et sciences environnementales, qui pouvait
grâce à ses expériences passées faire la synthèse entre les disciplines, différentes, mais
tournées vers l'objectif commun d'élaborer ce référentiel hydrologique. BVH ne restera pas
une simple expertise destinée à échafauder ce référentiel hydrologique haïtien, il aura aussi
permis des avancées indéniables sur la compréhension du fonctionnement de l'objet BV, des
avancées dignes d'un projet de recherche, comme l'attestent les articles scientifiques en
préparation. Cette vision pluridisciplinaire, unique au monde à notre connaissance, offre une
vue composite mais cohérente et relativement complète des propriétés de cet objet
complexe qu'est le BV. En outre, BVH aura permis deux avancées précieuses pour la
communauté internationale : la présentation d'une formation adaptée à ce travail, pour
passer la main aux collègues haïtiens de ce travail ; et la mise au point de logiciels libres pour
certains traitements spécifiques sur le BV faisant à ce jour défaut même dans les
communautés spécialisées.
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Nous voulons ici remercier chaleureusement la direction et les membres du CIAT pour nous
avoir proposé cette étude intéressante, pour nous avoir fait confiance et pour avoir fait tout
leur possible pour favoriser sa réalisation. Nous n'oublions pas de remercier ici tous les
collègues, haïtiens, français, indiens qui, en nous donnant du matériel et des conseils, ont
contribués à la réussite de cette première phase du projet BVH.
Le présent rapport ne concerne que la phase I du projet BVH. Ce projet se compose de cinq
phases successives, les deux premières portant sur une analyse spatiale des BV par leur
description (phase I) et leur caractérisation géomorphologique (phase II), les deux suivantes
portant sur l’analyse temporelle des BV par leur caractérisation hydrologique (phase III) et
climatique (phase IV), avant la synthèse statistique finale (phase V). Le rapport de la phase I
décrit la méthode automatique d’extraction du réseau hydrographique et de délimitation
des bassins versants d’Haïti, à partir d’un modèle numérique de terrain (MNT). Celui‐ci
constituera d’une part, une source d’information précieuse notamment pour la suite des
travaux de la phase II du projet, et d’autre part, un outil de référence et d’aide à la décision
pour les autorités locales. Cette étude présente le fruit d’une collaboration scientifique
menée par l’Institut Français de Pondichéry (département d’écologie), par l’Ecole Supérieure
des Géomètres et Topographes (ESGT) du Mans, avec le concours du comité interministériel
de l’aménagement du territoire (CIAT) d’Haïti.
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Table des Matières
A. CONTEXTE.......................................................................................................................................7
1. HAÏTI ET SES ENJEUX...................................................................................................................7 2. PRECEDENTES ETUDES SUR LES RESSOURCES EN EAUX D'HAÏTI ..................................................9
B. OBJECTIF DE L'ETUDE ..............................................................................................................11
C. PRESENTATION DES DONNEES...............................................................................................14
1. DONNEES DISPONIBLES .............................................................................................................14 2. ÉVALUATION DE LA QUALITE DES DONNEES .............................................................................15
D. EXTRACTION DES COMPOSANTES DES BASSINS VERSANTS. ......................................20
D1 DIRECTIONS D’ECOULEMENT ...............................................................................................21
1. CHOIX DE L’ALGORITHME D’ECOULEMENTS .............................................................................21 2. TRAITEMENT DES DEPRESSIONS ET DES ZONES PLATES .............................................................23
- Dépression locale .......................................................................................................................23 - Zones plates ................................................................................................................................24
3. CHOIX DU MNT........................................................................................................................25 4. PREPARATION DU MNT ASTER GDEM 2................................................................................28
- Délimitation de la zone d’étude ..................................................................................................28 - Mosaïquage des dalles du MNT..................................................................................................29 - Projection cartographique..........................................................................................................29 - Délimitation du trait de côte.......................................................................................................30 - Décalage systématique du MNT .................................................................................................30
5. MODIFICATION DU MNT ASTER GDEM 2..............................................................................31 - État de l'art de l'adaptation du MNT ..........................................................................................31 - Correction de la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp ».....................................................32 - Modification effective du MNT ASTER.......................................................................................34
6. EXTRACTION FINALE DES DIRECTIONS D’ECOULEMENT EN HAÏTI. ............................................34
D2. RESEAU HYDROGRAPHIQUE.................................................................................................36
1. STRUCTURE ET CLASSIFICATION DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE ..............................................36 2. ACCUMULATION DES ECOULEMENTS DE SURFACE ....................................................................37
- État de l'art sur le seuil d'accumulation .....................................................................................37 - Choix du seuil d'accumulation....................................................................................................39
3. NETTOYAGE DES COURS D'EAU EN PLAINE ................................................................................44 - Algorithme de nettoyage des cours d'eau en plaine....................................................................44 - Choix du seuil de nettoyage sur la pente ....................................................................................46
4. LISSAGE DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE ...................................................................................48 5. EXTRACTION FINALE DES RESEAU HYDROGRAPHIQUE D'HAÏTI .................................................50
D3 LIMITES DES BASSINS VERSANTS.........................................................................................53
1. ALGORITHME D'EXTRACTION....................................................................................................53 2. CODIFICATION DES BASSINS VERSANTS D'HAÏTI........................................................................53
- Codification Pfafstetter des bassins versants .............................................................................53 - Codage des bassins versants Haïtiens ........................................................................................55
3. EXTRACTION FINALE DES LIMITES DES BASSINS VERSANTS EN HAÏTI.......................................56
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E. ANALYSE PRELIMINAIRE DES COMPOSANTES DES BASSINS VERSANTS ................57
1. RESEAU HYDROGRAPHIQUE ......................................................................................................57 2. LIMITES DES BASSINS VERSANTS...............................................................................................58
F. EVALUATION DE LA QUALITE DES COMPOSANTES DES BASSINS VERSANTS EXTRAITES.........................................................................................................................................63
1. ESTIMATION PRELIMINAIRE PAR IMAGES A TRES HAUTE RESOLUTION SPATIALE.......................63 2. ESTIMATION PAR VERITE TERRAIN ............................................................................................66
G. DISCUSSIONS ................................................................................................................................69
1. COMPOSANTES DES BASSINS VERSANTS EXTRAITES..................................................................69 2. LIMITES DE L’ETUDE .................................................................................................................73 3. RECOMMANDATIONS ................................................................................................................75
CONCLUSION.....................................................................................................................................77
BIBLIOGRAPHIE ...............................................................................................................................78
ANNEXE I : LISTE DES LIVRABLES.............................................................................................78
ANNEXE II : MODIFICATION DU RESEAU DE REFERENCE POUR APPLIQUER LA METHODE DU « STREAM BURNING ».........................................................................................83
1. SOLUTION TECHNIQUE POUR LA CORRECTION .....................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2. CORRECTION DES BANDES ACTIVES ..........................................................................................83
3. Correction des boucles de flux engendrées par la présence d’îlots ....................................84 4. Complément de rivière à partir de la couche « OSM_RH_Haiti » : ...................................85 5. Suppression des canaux.......................................................................................................86
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A. Contexte
1. Haïti et ses enjeux La configuration d’Haïti livrée par son histoire géologique s’étend comme deux bras de terre
noyés, l’un vers Cuba et l’autre vers la Jamaïque (Fig. 1). Appelé auparavant l’île
d’Hispaniola, ce territoire de l’arc des grandes Antilles comprenant les républiques d’Haïti et
Dominicaine compte les plus hauts sommets de la région (Pic de Macaya, 2444m, et le pic de
la Selle, 2680 m). Les altitudes les plus basses en Haïti, moins de 200 m, ne représentent
qu’un quart de la surface totale du pays. On peut distinguer cinq massifs montagneux
principaux : le Massif du Nord, le Massif des Montagnes Noires, la Chaîne des Matheux, le
Massif de la Hotte et le Massif de la Selle. Le reste peut être divisé en quatre zones de
plaines : la plaine du Nord entre le Massif du Nord et l'Atlantique, la plaine de l'Artibonite au
Nord de la chaînes des Matheux, la Plaine du Cul de Sac entre la chaîne des Matheux et le
Massif de la Selle et le Plateau Central à l'Est des Montagnes Noires (US Army, 1999). L'île a
un relief bien marqué ce qui repoussent habituellement les villes le long de la côte. Celles‐ci
sont entourées d’un relief escarpé possédant une tectonique active, ce qui fait d‘Haïti un
pays sujet à de nombreuses questions d’aménagement du territoire et de gestion des
catastrophes (inondations, tremblements de terre, érosions, glissements de terrain, etc.).
Concernant la population (près de 10 millions d'habitant en 2012), un tiers d’entre elle vis
dans la métropole de Port‐au‐Prince (formée des villes de Port‐au‐Prince, Pétion‐Ville,
Delmas et Carrefour). L'accroissement de la population est rapide (2.98 enfants par femmes)
et l'exode rural important (3.9% accroissement annuel). La densité moyenne sur l'ensemble
du pays est de 350 habitants par km2 (World FactBook 2012). Cette observation, traduisant
la vulnérabilité du pays, vient se combiner aux aléas précédemment mentionnés pour
rendre d’autant plus pressant le besoin d’une parfaite connaissance de la ressource en eau
en Haïti.
Figure 1 : Localisation géographique d’Haïti (Source : Ressources naturelles Canada, www.atlas.gs.ca, © 2003).
La préservation et la garantie de la qualité des ressources en eau deviennent un des enjeux
essentiels de notre époque. Dans le contexte d’Haïti, la déforestation qui laisse place à des
cultures de rente accentue l’érosion et constitue un fléau à l’effet dévastateur sur la
ressource en eau. La préservation de l’espace haïtien est liée entre autres à la gestion des
bassins versants d’où la nécessité de disposer d’une information détaillée sur ces objets
hydrologiques. La déforestation, commencée des le début du XIXème siècle, a pour cause la
forte pression démographique, les exportations de bois et la production de charbon. Ces
effets sont dévastateurs sur la productivité des cultures ainsi que sur la ressource en eau
(diminution de la qualité et de la quantité disponible). La couverture forestière d'Haïti est
aujourd’hui d'environ 10 ‐ 15% (Bellande, 2009). La très grande majorité des forêts restantes
concerne des surfaces arborées cultivées. Il reste moins de 2% de peuplement arboré
naturel. La dégradation des terres par l'érosion est un problème important en Haïti et a un
impact direct pour la population et le développement du pays
De nombreuses Organisations Non Gouvernementale (ONG) sont présentes depuis plus de
15 ans en Haïti. Les projets d'aménagement du territoire à l'échelle des bassins versants sont
utiles dans les zones à reliefs escarpés et avec des problèmes de conservation des sols, mais
ces projets semblent très coûteux (Darghouth et. al, 2008). Pour améliorer leurs efficacités,
on note aujourd’hui un réel besoin de s'appuyer sur un référentiel hydrologique robuste, et
d'ajouter études et mesures de terrain détaillées.
8
9
2. Précédentes études sur les ressources en eaux d'Haïti Le territoire d'Haïti a souvent fait l'objet d'études hydrologiques, et de nombreuses ONG y
mènent des projets concernant la gestion des eaux et des bassins versants (BV). La dernière
en date s'intitule « La Gestion Intégrée des Bassins Versants en Haïti » et a été réalisé en
2010 par le CIAT aidé du bureau d’étude LGL SA / SNC‐Lavalin. Une division du territoire
Haïtien en « unités hydrographiques » a été réalisée, en s'appuyant sur l'ensemble des
précédentes études et en combinant les limites politiques des régions et les limites
hydrologiques. Ainsi, les BV sont classés en 54 districts hydrographiques répartis en 7
grandes régions. Cependant, cette étude ne propose pas de cartographie fine des BV et
combine les aspects politiques, sociologiques, géographiques et hydrologiques, d’une façon
qui rend difficile leur séparation et leur interprétation. Le préalable indispensable ici veut
que l’on établisse d’abord une cartographie thématique, seulement ensuite combinée en un
découpage synthétique.
Une étude sur la ressource en eau d'Haïti, intitulée « Water Resources Assessment of Haiti »,
a été réalisée par l'US Army Corps of Engineers Mobile District and Topographic Engineering
Center en 1999. Ce rapport fait un bilan des ressources en eaux (de surfaces et souterraines)
d'Haïti par département avec estimation de la qualité de l'eau. Le but est de trouver de
nouvelles sources d'approvisionnement en eau pour résoudre la question du manque d'eau
potable pour la population. Le débit annuel des rivières Haïtiennes est estimé à environ 9.5
milliard de m3. Cette ressource est très hétérogène dans l’espace et dans le temps, et elle est
mal ou pas aménagée du tout. En plus de cette constatation générale, cette étude discute la
nécessité de penser l'aménagement des BV pour limiter l'effet de la déforestation et de
l’érosion sur la ressource en eau. Le rapport écrit par Evens Emmanuel et Per Lindskog en
2000 intitulé « Regards sur la situation des ressources en eau de la république d'Haïti »
complète le rapport de l'US Army Corps et énumère les problèmes et les enjeux liés à la
ressource en eau en Haïti. L'exploitation anarchique des ressources en eau, l'explosion
démographique des espaces urbains, l'instabilité politique ainsi que la détérioration de la
qualité des eaux nécessitent la mise en place d'une structure de gestion des ressources en
eaux ainsi qu'une meilleure connaissance des ressources en eau disponibles.
Enfin, deux projets d’analyse hydrologique de grande ampleur (mondiaux) ont été réalisés à
partir de MNT couvrant toute la surface de la Terre. Le premier est le projet Hydro1k de
l'agence U.S. Geological Survey Center for Earth Resources Observation and Science (USGS
EROS ‐ NASA) qui utilise la donnée d'élévation GTOPO30. Ce projet date de 2000 et sa
résolution spatiale est de 1km. Le second programme est HydroSHEDS (Lehner et al., 2006),
financé par World Wildlife Fund (WWF) en partenariat avec de nombreux laboratoires
10
internationaux, et s'appuie sur le MNT SRTM 3 à 90m de résolution spatiale. Ces deux études
fournissent le réseau hydrographique (RH) ainsi que les limites des bassins versants
mondiaux. Cependant, ces études globales sont trop grossières pour être utilisées dans une
étude hydrologique à l'échelle d'un pays ou plus fine encore.
Les ressources en eaux de surface du pays restent mal comprises. La principale source de
données à cet égard est une carte topographique au 1:50000 datant des années 1960. Celle‐
ci ne cartographie que les rivières principales et secondaires. Il n'existe donc pas de
cartographie assez précise pour caractériser les BV Haïtiens dans leur ensemble, et pour
disposer d’une description homogène (c'est‐à‐dire possédant la même précision et les
mêmes biais d’élaboration). C'est pourquoi, compte tenu des études antérieures, mais aussi
des besoins impératifs de gestion du pays, nous nous proposons de fournir le premier
référentiel hydrologique complet sur l'ensemble du territoire haïtien.
11
B. Objectif de l'étude
L’objectif principal du projet BVH est de mettre au point une méthodologie qui aboutisse à la
construction d’un référentiel hydrologique pour Haïti, puis de fournir ce référentiel. Cette
méthodologie doit avoir plusieurs qualités, parfois peu compatibles entre elles : elle doit
suivre les standards des disciplines scientifiques concernées, être peu coûteuse,
reproductible et réactualisable, adaptée au pays concerné et éventuellement innovante (si
de nouveaux problèmes méthodologiques sont soulevés).
La méthode retenue pour la phase I du projet s’appuie largement sur l’exploitation d’un
Modèle Numérique de Terrain (MNT) pour extraire et décrire deux objets hydrologiques
principaux : le réseau hydrographique (RH) et les limites des Bassins Versants (BV). Depuis la
fin des années 1980, la disponibilité croissante de l’information géographique associe à
l’avènement de la géomatique et l’utilisation et le développement des Systèmes
d’Information Géographique (SIG) donne à l’hydrologie (qui étudie les flux d’eau) et à la
géomorphologie (qui étudie le substrat accueillant ces flux) de nouvelles possibilités en
termes d’analyse et de modélisation. Cette technologie a permis de construire de nouveaux
produits tels que les MNT, information numérique renseignant le relief de la surface
topographique (Polidori, 1995). L’information altimétrique de la topographie que fournissent
les MNT guide ainsi l’extraction d’objets hydrographiques et de paramètres descriptifs du
terrain (Paget et al., 2008, Raposo, 2009).
Il est important de définir ici les notions que nous allons utiliser tout au long de ce rapport.
L'unité centrale de notre étude est le BV, c’est à dire une portion de territoire dont les eaux
s'écoulent vers un point commun. Nous nous intéressons aux BV principaux d’Haïti se
déversant en mer (ou dans l'océan). Un BV est constitué de ses frontières : limites de bassin
versants aussi appelées lignes de partage des eaux, et de son réseau de bras de cours d’eau,
appelé réseau hydrographique (RH).
Le RH est un objet complexe dont la communauté scientifique n'a pas encore pris toute la
mesure. En particulier, la manière dont un tel objet se structure et change est encore mal
comprise dans le détail. Un BV est une sorte d'interface entre le champ pluviométrique et le
support solide qui l'accueille. Ainsi, le rôle du RH est de collecter l'eau de pluie qui atteint
l'ensemble du BV, puis de l'acheminer jusqu'en un unique point, l'exutoire. Ce mécanisme
mène à un objet qui est un réseau de chenaux (de bras de cours d'eau), orientés, de l'amont
vers l'aval, et arborescent, car les chenaux se réunissent progressivement en chenaux de
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plus grande taille. Finalement, ces structures sont difficiles à caractériser. Pour ce faire, il est
commun d'utiliser des graphes. Les chenaux sont représentés par des arrêtes et les
confluences par des nœuds. Ces graphes exhibent des propriétés topologiques (des relations
de voisinage), qui sont indispensables pour comprendre les flux d'eau et le fonctionnement
de cet objet complexe. Nous nous appuierons sur ces connaissances dans cette étude des BV
de Haïti.
Comme beaucoup de géomorphologues, nous faisons l’hypothèse que la limite d'un BV, sa
ligne de partage des eaux, est un objet hydrologique qui recueille une partie de l'information
contenue dans le BV, et qui participe ainsi au fonctionnement de l'ensemble. Toutefois, il est
aujourd'hui encore difficile de savoir précisément quels rôles jouent ces limites sur le
fonctionnement complexe du BV. Nous avons fait le choix d'étudier également cet objet,
sans préjuger de son importance hydrologique au sein du BV. Les limites du BV ont de toute
façon une grande importance, pour des raisons administratives, autant que pour diviser la
tâche de gestion de la ressource en eau sur la base d'un argument physique.
Pour mener à bien son objectif, notre étude s’appuie sur plusieurs hypothèses
simplificatrices, courantes dans ses disciplines :
‐ extraction à partir des informations fournies par un MNT. Nous faisons l'hypothèse qu'il est
possible d'extraire des objets hydrologiques à partir des MNT, tandis que l’on sait combien
certaines propriétés hydrologiques ne sont pas capturées par cette donnée source.
‐ l'eau ne suit qu'un seul chemin, celui de la plus grande pente. Ceci n’est pas toujours le cas
par exemple selon les sols qui accueillent le flux d’eau et peuvent favoriser des chemins
détournés.
‐ l'infiltration est négligée sur les BV de notre étude. Cette hypothèse influe directement sur
le calcul de l'accumulation le long du RH, mais aussi sur les limites des BV, ici assimilées aux
lignes de crêtes. Cette hypothèse est dépendante du type de sols, puisque certains vont
favoriser les infiltrations ou au contraire les freiner. Haïti a une majorité de sols calcaires,
issus de roches sédimentaires (à 80%), le reste sont des roches d'origine volcanique
(Woodring et al., 1924). Ainsi, cette hypothèse simplificatrice n’est probablement pas
vérifiée, et mériterait une étude pour quantifier la part des eaux de surfaces et des eaux
souterraines. Sur l'ensemble d'Haïti, une étude du Ministère de l'Environnement estime que
10% des précipitations s'infiltrent, 30% ruisselle, et le reste s'évapore (MDE, 2001).
‐ le territoire d'Haïti est considéré comme uniforme, sans prendre en compte les différences
de type de sol, de climat, de végétation et d'occupation du sol. Il est pourtant clair que ces
13
facteurs diffèrent selon l’endroit et les BV et qu’il faudra, dans un second temps, des études
plus détaillées pour prendre la mesure de leurs influences sur les flux d’eau.
Nous avons atteint l’objectif de cette phase I du projet BVH, ce rapport va l’expliciter. Pour
rendre compte de notre travail, ce rapport est découpé en quatre sections. Dans un premier
temps, nous présentons les données que nous avons utilisées et discutons de leur qualité
(section C). Ensuite, la partie technique expliquant la mise en œuvre de l’extraction
automatique des composantes des BV sur Haïti (D) est divisée en trois sous‐section. La
première explique comment a été obtenu le plan des directions d'écoulement des eaux de
surface (D1). À partir de ces directions d'écoulement, il est possible d'extraire le réseau
hydrographique (D2) et les limites des BV (D3). Ensuite, nous avons calculé quelques
indicateurs caractéristiques (E) et réalisé une évaluation de la précision géométrique de ces
extractions (F).
14
C. Présentation des données
Ce travail s'appuie sur des données qui proviennent des différents organismes haïtiens : le
CIAT et le Centre National de l’Information Géographique Spatiale (CNIGS). Nous nous
sommes aussi appuyés chaque fois que cela pouvait améliorer le résultat final sur des
données libres, disponibles sur Internet. Cette section présente ces données, en insistant sur
leurs qualités respectives.
1. Données disponibles
Les organismes collègues haïtiens nous ont fourni les premières données pertinentes pour
l’étude :
‐ Un MNT à 80 mètres de résolution spatiale couvrant tout le territoire d’Haïti, source et
précision altimétrique inconnue.
‐ Un MNT à 10 mètres de résolution spatiale couvrant tout le territoire d’Haïti, source et
précision altimétrique inconnue.
‐ Deux images panchromatique très haute résolution spatiale (50 cm) ne couvrant qu’une
partie du pays à savoir la zone de La Quinte (Nord‐Ouest) et la zone du Cul de Sac (Sud‐Est).
‐ Une numérisation de la carte topographique d’Haïti à 1/50000 datant des années 1960
(date exacte inconnue, carte décomposée en 82 images).
‐ Une couche vectorielle nommées « Riviere_Topo50.shp » contenant le tracé des rivières
principales et secondaires d'Haïti. Celle‐ci constitue le réseau hydrographique de référence
le plus complet en possession du CIAT.
‐ Des couches vectorielles au format shapefile concernant différentes thématiques :
politique, réseaux, occupation du sol. Les principales couches que nous avons utilisées sont
le découpage en unité hydrographique réalisé par l'étude CIAT‐LGL, 2010 « BV_Haiti.shp » et
la frontière entre Haïti et la République Dominicaine « Frontiere Haitiano_dominicaine.shp».
Pour compléter, nous avons récupéré et utilisé des données hydrologiques et
cartographiques libres :
‐ Shuttle Radar Topography Mission 3 (SRTM‐3) : MNT mondial à trois second d'arc de
résolution spatiale (environ 90m à l'équateur), réalisé par la National Aeronautics and Space
Administration (NASA) et la National Geospatial‐Intelligence Agency of the U.S. Department
of Defense (NGA), à partir de données radar de février 2000 (Jarvis, 2004). Dans la suite de
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ce rapport, nous citerons cette donnée comme MNT SRTM ou SRTM. Ce MNT est disponible
sur le site de l'USGS EROS Data Center : http://seamless.usgs.gov/.
‐ Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer ‐ Global Digital
Elevation Model (ASTER GDEM v2) est un produit issu de la collaboration entre le Ministry
of Economy, Trade, and Industry (METI) au Japon et la NASA aux Etats‐Unis. La résolution
spatiale est un arc‐second (environ 30m à l'équateur). Cette seconde version a été issue en
octobre 2011 (Tachikawa et al. , 2011). Dans la suite de ce rapport, nous le nommerons MNT
ASTER ou ASTER. Ce MNT est téléchargeable sur le site :
http://eros.usgs.gov/#/Find_Data/Products_and_Data_Available/gtopo30/hydro/namerica
‐ RH Open Street Map (OSM) : Le site Cloudmade propose des couches d’information issues
de la banque de données OSM téléchargeables au format shapefile. En particulier, un RH sur
Haïti est disponible. Cette couche, que nous avons nommée « OSM_RH_Haiti.shp », contient
des réseaux hydrographiques libres mais sans garantie de fiabilité ni de précision des
données (disponible sur le site : http://downloads. cloudmade.com/).
2. Évaluation de la qualité des données
Les données fournies par les organismes haïtiens manquent de traçabilité. La source des
données, la méthode utilisée pour les obtenir, ainsi que la date de production ne nous ont
pas été communiquées. Il est indispensable d'évaluer la qualité des données que nous
voulons utiliser pour notre étude. Il s’agit des MNT à 10 m et 80 m de résolution spatiale
ainsi que la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp » qui nous ont été fournis par nos
commanditaires.
En l’absence de la traçabilité de construction de ces MNT fournis, des comparaisons visuelles
nous ont permis de dégager des hypothèses quant à la source de ces derniers.
Concernant le MNT à 80 m de résolution spatiale, nous avons vérifié s’il pouvait s’agir du
MNT SRTM à 90 m de résolution spatiale fourni par la NASA, qui présente une ressemblance
et une résolution spatiale proche du MNT fourni. Afin de mieux observer les différences
entre le MNT 80 m et le SRTM à 90 m nous avons réalisé des images d’ombrage (hillshade)
par une technique qui consiste à faire ressortir visuellement le relief en éclairant le MNT
sous un angle donné (Fig. 2).
Figure 2 : Comparaison des ombrages du MNT à 80 m fourni par le CIAT (a) et du MNT SRTM 3 à 90m (b). Nous observons des différences nettes entre les deux MNT. La topographie observable sur le
MNT à 80 m à un aspect irrégulier et il est difficile de reconnaître les formes de terrain. En
fond, on remarque une trame en quadrillage qui influence les valeurs d’élévation des pixels.
En comparaison, le MNT SRTM 3 permet de mieux observer la topographie et semble de
meilleure qualité. Ces observations et l’analyse des valeurs numériques des MNT sous SIG
permettent d'affirmer que le MNT 80 m fourni par le CIAT ne correspond pas au produit
MNT SRTM 3. Il n’a pas été possible d’identifier l’origine du MNT 80 m. Nous déconseillons
son utilisation car il présente de nombreux artefacts (quadrillage, aspect en facette) qui ne
modélisent par correctement la topographie du terrain.
En ce qui concerne le MNT à 10 m de résolution spatiale, nous avons réalisé une
comparaison de l’ombrage du MNT 10 m avec la carte topographique (Fig. 3). Le MNT 10 m
présente des reliefs en marches d’escalier comparables aux courbes de niveau de la carte
topographique. Ceci laisse supposer que le MNT 10 m a été réalisé à partir de l’interpolation
des courbes de niveaux de la carte topographique.
16
Figure 3 :Comparaison de l’ombrage du MNT à 10 mètres (a) et de la carte topographique d’Haïti à 1/50000 (b).
Tout comme les MNT, nous n'avons pas obtenu d'informations quant à la méthode de
réalisation de la couche « Riviere_topo50.shp ».. Des observations simples ont permis
d’évaluer sa méthode de construction. En effet, cette couche contient certains objets
comme la délimitation du lit des rivières ou encore des bancs alluviaux qui témoignent d’un
travail manuel de digitalisation (Fig. 4).
Figure 4 : Extrait de la couche « Riviere_topo50.shp ».
17
L’avantage d’un tel travail est qu’il peut être très précis en fonction des données utilisées
pour la digitalisation. Des comparaisons visuelles de cette couche sur le fond d’imagerie Très
Haute Résolution Spatiale (THRS) de Google Earth (GE) nous permet d’en apprécier la qualité
globale. Il semblerait que cette couche soit relativement précise (Fig. 5). Cependant, le RH
n'est pas assez densifié et la densité du RH n'est pas constante sur tout le pays. Ce qui
semblerait confirmer l’origine manuelle du travail de digitalisation. Toutefois, nous
détectons parfois des différences notables avec le RH observées sur GE, notamment sur des
rivières importantes (Fig. 6).
Ces décalages montrent soit des erreurs de digitalisation, ce qui est peu probable sur des
rivières de taille aussi importante, soit une évolution géomorphologique significative du
réseau hydrographique depuis la date de digitalisation. Cette couche a pu être en partie
digitalisée à partir de la carte topographique d’Haïti à 1/50000 datant des années 1960 (Fig.
7). De manière globale, il n'est pas possible de dater cette donnée. Elle contient des
informations plus récentes que la carte topographique, comme par exemple des canaux.
Cependant, les canaux ne sont pas matérialisés de manière exhaustive. Une mise à jour a été
effectuée, mais aucune information n'est disponible à ce propos. C'est, au début de notre
projet, le RH le plus précis disponible sur le territoire d'Haïti en notre possession.
Figure 5 : Observation du tracé de la couche « Riviere_topo50.shp » (violet) sur le fond Google Earth
18
Figure 6 Observation du tracé de la couche « Riviere_topo50.shp » (violet) sur le fond Google Earth
Figure 7 : Superposition de la couche « Riviere_topo50.shp » (rouge) sur la carte topographique d’Haïti à 1/50000. Un décalage est présent entre ces deux couches.
19
D. Extraction des composantes des Bassins Versants. Nous avons développé une méthode d’extraction du Réseau Hydrographique (RH) et des
limites des Bassins Versants (BV) basée sur une analyse hydrologique qui utilise un Modèle
Numérique de Terrain (MNT). La première étape du traitement consiste à calculer les
directions des écoulements (Fig. 8). Cette étape dépend des caractéristiques du MNT et de
l’algorithme de direction d’écoulement utilisé (section D1). À partir des directions
d’écoulement, il est alors possible d’extraire le RH par l’intermédiaire du calcul de
l’accumulation des flux d’eau et d’un nettoyage détaillé plus loin (section D2). Enfin, les
limites des BV sont extraites à l’aide d’un algorithme utilisant les directions d’écoulement
pour déceler les lignes de crête à partir du MNT (section D3).
• Algorithme d’écoulement
• MNT
Directions d’écoulement
Extraction des directions d’écoulement (section D1)
• Délimitation des BV (ligne de crête )
Extraction des limites des BV (section D3)
20
Figure 8 : Organigramme général du processus d’extraction du RH et des limites des BV.
• Codification de Pfafstetter
• Calcul accumulation
• Seuillage accumulation
• Nettoyage des petits ordres en plaine
Réseau hydrographique
Extraction du RH (section D2)
Bassins versants
21
D1 Directions d’écoulement
1. Choix de l’algorithme d’écoulements
La modélisation des écoulements à partir de MNT dans les SIG a impulsé le développement
d’algorithmes variés. Dans ce domaine, les méthodes de type hydrologique s’appuient sur la
détermination des directions d’écoulement de l’eau en chaque pixel à partir des valeurs
altimétriques du MNT, sachant que l’eau emprunte le chemin défini par la ligne de plus
grande pente, une hypothèse naturelle pour un fluide contraint par une surface. Les valeurs
d'altitude sont affectées à des pixels, ce qui est moins précis que des points mais plus
commode pour traiter avec des algorithmes. Ainsi, les pixels du MNT se déversent les uns
dans les autres en fonction de la pente locale (la dénivelée entre pixels voisins). De ceci un
ensemble cohérent de talwegs (vallées) peut être déduit (Hocine et al., 2007).
La littérature cite habituellement trois types d’algorithmes de détermination des directions
d’écoulement (Charleux‐Demargne, 2001) : unidirectionnel, multidirectionnel et
bidimensionnel. La majorité des méthodes d’extraction utilisent l’algorithme de schéma
d’écoulement unidirectionnel en 8 connexités, noté D8. Cet algorithme définit le sens
d’écoulement en chaque pixel à partir des valeurs altimétriques de ses voisins immédiats et
choisit le pixel en aval suivant la descente maximale (O’Callaghan et al., 1984, Jenson et al.,
1988).
L’algorithme D8, prend en compte les huit pixels voisins suivant les directions cardinales et
diagonales du point central considéré (Fig. 9). Les directions d’écoulement sont alors
multiple de π/4, avec une approximation entre 0 et ± π /8 car l’algorithme n’est pas en
mesure de simuler la direction d’écoulement effective. Par ailleurs, l’approche
unidirectionnelle pose une seconde incertitude lorsqu'il existe plusieurs pixels candidats
pour l’écoulement, c'est‐à‐dire d’une altitude similaire et inférieure au pixel considéré. Ceci
implique un choix du pixel d’écoulement comme par exemple la direction la plus proche du
Nord (O’Callaghan et al., 1984) ou suivant les condition de voisinage (Jenson et al., 1988) .
Figure 9 : Calcul des directions d’écoulement avec un algorithme D8 (modifié de Charleux-Demargne, 2001).
D8
Malgré ces limites de précision, l'algorithme D8 reste le plus couramment employé pour les
études de grande ampleur (sur l'ensemble d'une région, d'un pays ou d'un continent), de par
sa simplicité et sa robustesse (Charleux‐Demargne, 2001, Lehner et al, 2006). Nous nous
sommes donc basé sur cet algorithme pour définir les directions d’écoulement. Par ailleurs,
l’aspect applicatif faisant partie des problématiques de l’étude, le choix de cet algorithme est
justifié car il est intégré dans les modules hydrologiques des SIG commerciaux.
Nous avons pu identifier cet algorithme dans trois logiciels de SIG. Dans une première phase
exploratoire, nous avons testé la performance de cet algorithme implémenté dans ces 3 SIG
afin de choisir l’outil d’extraction (Tableau 1).
Tableau 1 : Logiciels et modules testés pour calculer des directions d’écoulement D8. Logiciel (version)/Type Nom du module Nom de la fonction utilisant D8
ArcGIS 9.3 / Propriétaire Spatial Analyst Flow direction
GRASS 6.5 / Libre Hydrologic modeling
Flow accumulation (r,terraflow)
/r.stream.extract (compilé)
SAGA GIS 2.0.7 / Libre Terrain analysis Channels
22
23
Nous avons choisi d’utiliser le logiciel commercial ArcGIS 9.3 en raison de :
‐ la disponibilité et la facilité d’exécution des outils « hydrologiques » ;
‐ la possibilité d'automatiser les traitements à l'aide de scripts python ;
‐ la puissance de calcul qui permet d'extraire les directions d’écoulement sur l'ensemble
d'Haïti en une seule fois ;
‐ l’utilisation de ce logiciel chez nos commanditaires.
L’ensemble des traitements a été réalisé sur le logiciel ArcGIS 9.3. Les modules d’hydrologie
que nous avons utilisés pour cette étude sont disponible dans l’extension « Spatial Analyst »
vendu par ESRI®. Afin de faciliter la lecture de ce dossier, nous faisons appel aux outils et
extensions de ArcGIS 9.3 par la syntaxe suivante : « nom de l’outil ArcGIS 9.3 » (entre
guillemets et en italique).
2. Traitement des dépressions et des zones plates
Pour définir les directions d’écoulement, les dépressions et les zones plates posent
problème pour l'algorithme D8 d'extraction automatique. Ces zones peuvent être
considérées comme une réalité terrain nécessitant un traitement hydrologique particulier ou
comme étant des artefacts à éliminer avant de pouvoir déterminer les directions
d’écoulement.
- Dépression locale Une dépression locale dans un MNT se définie comme un pixel dont les huit voisins sont
d’altitude plus élevée. L’extraction hydrologique se basant sur des plans de direction, les
dépressions posent problème car elles piègent l’eau et stoppent la continuité des chemins
d’écoulement.
Les dépressions ont été traitées par la méthode des « bouche trous » (Jenson et al., 1988)
qui consiste à surélever les valeurs altimétriques des pixels de la dépression à celle de
l’exutoire (Fig. 10). Cette tâche est réalisée préalablement au calcul des directions
d’écoulement à l’aide de l’outil « Fill ». Le principal inconvénient de cette méthode est la
génération de zones plates.
Figure 10 : Traitement d'une zone de dépression locale par la méthode du « bouche-trous » (source : Che, 2005).
- Zones plates Une zone plate est un ensemble de pixels connexes ayant la même valeur d’altitude.
L’existence de zones plates dans les MNT peu traduire la présence réelle d’une surface
horizontale sur le terrain (une surface d’eau libre) mais la plupart du temps il s’agit de zones
relativement horizontales modélisées en zones plates car la résolution altimétrique du
capteur n’est pas assez fine pour desceller les variations altimétriques du terrain. C’est ainsi
que les zones de plaine peuvent être modélisées en zones plates et poser problème pour la
définition des directions d’écoulement. Le problème est d’autant plus important que leur
surface est importante.
Le module « Flow Direction » procède en zone plate à une attribution des directions
d’écoulement par itération successive tel que cela a été proposé par Jenson et al., 1988 (Fig.
11). À ce niveau nous sommes tributaire des spécifications de l’outil « Flow Direction ».
Toutefois, il existe d’autres méthodes de traitement spécifiques aux zones plates (Turcotte
et al., 2001) mais elles ne sont pas disponibles dans les outils d’ArcGIS.
24
Figure 11 : Traitement des zones plates selon la méthode de Jenson et al., (1988). À partir de la grille d’altitude sur une zone plate (en haut à gauche), les directions d’écoulement sont attribuées par itérations successives (source : Che, 2005).
3. Choix du MNT
Nous disposions de trois MNT à des résolutions spatiales et altimétriques différentes. Afin de
choisir le MNT approprié à l’étude, une mise en œuvre préliminaire de l’extraction du RH
(avec des seuils d’extraction arbitraires) a été entreprise sur les trois MNT. Ces tests ont été
réalisés sur le bassin versant de la Quinte qui constitue une unité hydrologique de taille
moyenne, considérée comme représentative de la topographie Haïtienne.
Une analyse visuelle permet d’estimer la potentialité de chaque MNT, toutefois l’imagerie
THRS fournie par Google Earth (GE) permet d’apporter de l’objectivité aux observations.
Cette étape du travail nous a permis par ailleurs de confronter les RH extraits à partir des
trois MNT au réseau hydrographique « Riviere_topo50.shp ». Une première observation a
été faite en secteur de relief et à proximité des sources (Fig. 12).
En zone de relief, la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp » retrace bien le RH principal
observable sur GE (RH GE). Le RH extrait à partir du MNT SRTM est assez proche du RH GE
mais ne permet pas une définition assez fine à l’échelle d’intérêt de notre étude. Le RH
extrait à partir du MNT ASTER retrace bien le RH GE et définit des petits cours d’eau qui ne
sont pas présent dans « Riviere_Topo50 ». Le RH extrait à partir du MNT 10m est décalé et
présente de nombreux artefacts, tronçons rectilignes et parallèles, à cause de son mode de
production par interpolation de courbes de niveaux.
25
Finalement, en secteur de relief et à proximité des sources, le RH extrait à partir du MNT
ASTER est le plus complet et le plus pertinent pour notre étude.
Nous connaissons par ailleurs la faiblesse de l’algorithme D8 dans les zones dites plates, et
une analyse visuelle des résultats intermédiaires en secteur de plaine du bassin de la Quinte
à été réalisée (Fig. 13).
Figure 12 : Comparaison en zone à fort relief des RH extraits à partir des trois MNT et de la couche « Riviere_Topo50 » en référence à Google Earth.
26
Figure 13 : Comparaison en secteur de plaine des RH extraits à partir des trois MNT et de la couche « Riviere_Topo50 » en référence à Google Earth. La sélection en rouge montre le trace que prend les rivières principales après les extractions automatiques Quelque soit le MNT utilisé, les RH extraits présentent un nombre important de cours d’eau
n’existant pas sur le RH GE observable. En plaine, les RH extraits à partir des MNT ne suivent
pas le tracé des rivières observable alors que la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp »
retrace bien le RH GE. En zone de plaine, les extractions automatiques ne fournissent pas de
résultat satisfaisant pour retracer les rivières principales comme la rivière de la Quinte. La
couche vectorielle « Riviere_Topo50 », digitalisée à la main, retrace les rivières en plaine
27
28
avec toutefois des erreurs relatives à la date de digitalisation dans ces secteurs où les
modifications humaines des cours d’eau ont été importantes.
Cette analyse visuelle a permis d’identifier le MNT ASTER, à 30 m de résolution spatiale,
comme étant le plus approprié pour une extraction hydrologique compte tenu des objectifs
du projet. En zone de plaine, l’extraction automatique du RH sur le MNT ASTER ne produit
pas un résultat satisfaisant. Dans ces zones, La moyenne des changements d'altitude est
inférieure a la précision altimétrique du MNT ASTER, ce qui affecte la qualité de l'extraction
(Gyasi‐Agyei et al., 1995, McMaster, 2002). Nous avons donc choisi de guider l'extraction le
long de « Riviere_Topo50.shp ». Les données ASTER présentent un réel intérêt dans le
domaine de l’extraction d’objets hydrologiques (Hosseinzadeh, 2011) et va permettre de
densifier le RH de manière significative en montagne. Le potentiel de la méthode proposée
réside principalement dans la possibilité d’extraire un réseau hydrographique avec
d’avantage de petits cours d’eau en comparaison avec le réseau hydrographique préexistant
« Riviere_topo50.shp ».
En conclusion, nous avons retenu un traitement qui combine les avantages respectifs du
MNT ASTER (en montagne surtout) et de la couche « Riviere_Topo50.shp » (en plaine
surtout).
4. Préparation du MNT ASTER GDEM 2
- Délimitation de la zone d’étude La phase I du projet BVH porte sur les BV haïtiens et s’intéresse à l'unité hydrologique que
constitue chacun d’eux. Afin de les caractériser correctement, les BV à cheval sur la frontière
avec la République Dominicaine ont été entièrement considérés. C’est le cas, par exemple,
de la zone de Fond‐Verettes qui fait partie d'un grand bassin versant Dominicain : Yaque del
Sur. Celui‐ci a été caractérisé dans sa totalité même si la grande majorité des rivières sont
sur le territoire dominicain (Fig. 14).
L'ensemble de la zone d'étude que nous avons considéré a une surface de 38400 km2 (la
surface d'Haïti est d'environ 27 000 km2). Le shapefile délimitant la zone d'étude est
disponible sous le nom : « BVH_Zone_Etude.shp» (Annexe I).
Figure 14 : Carte de présentation de la zone d’étude. La frontière entre Haïti et la République Dominicaine (en rouge) scinde cinq BV (en vert clair) qui ont été étudiés dans la phase I du projet.
- Mosaïquage des dalles du MNT Un ensemble de 10 dalles ASTER de taille 1°x 1° (approximativement 111km *111km) a été
identifié afin de couvrir la zone d’étude prédéfinie. Cet ensemble de dalles a été mosaïqué
(assemblé de façon contiguë) à l’aide de l'outil « Mosaic ». Cette mosaïque couvrant la zone
d’étude entière est nécessaire car l’extraction d’objets hydrologiques exige une continuité
de la donnée altimétrique, des sources jusqu'à l’exutoire. Cette mosaïque de 296.73 MB au
format Geotif est en coordonnées géographiques (latitude/longitude) dans la référence
spatiale géographique WGS 84.
- Projection cartographique Cette mosaïque couvrant la zone d’étude a ensuite été projetée dans le système Universal
Transverse Mercator (UTM) dans le fuseau 18 Nord. C'est le système de projection
couramment utilisé par les autorités Haïtiennes. Cette étape de projection a été réalisée
avec l'outil « Project Raster » en utilisant l’algorithme de ré‐échantillonnage « bi‐cubic », qui
est approprié pour les données continues. Nous avons gardé la taille de pixel proposé l'outil
29
30
« Project Raster ». La résolution spatiale de la mosaïque ASTER projetée est de 30.44 m. Elle
est fournie dans les livrables sous le nom « BVH_ASTER.tif » (Annexe I).
Remarque : La mosaïque est à cheval sur les fuseaux UTM 18 et 19 Nord. Le logiciel ArcGIS 9.3 prend comme point de référence le pixel en haut à gauche de la couche d’entrée pour calculer la projection. Ainsi il est important de savoir à quel fuseau UTM appartient le pixel de référence de la couche d’entrée afin d’appliquer le bon fuseau UTM de projection.
- Délimitation du trait de côte Afin d’alléger la mosaïque et les calculs, nous avons souhaité délimiter l’extraction
hydrologique sur notre zone d'étude, en supprimant les pixels correspondant à la mer. Cette
opération fournit le trait de côte sur lequel s’arrête l’extraction automatique (livrable
« BVH_Trait_de_Cote.shp », Annexe I).
La donnée ASTER signale les étendues d'eau avec une valeur de pixel nulle. Plutôt que
d'utiliser les limites d'Haïti fournies par le CIAT, nous avons préféré les recalculer. Cela
permet d'obtenir des limites en cohérence avec l'ensemble de nos données (la dalle ASTER
et les extractions RH et limites de BV de cette étude).
D'un point de vue pratique, le marquage des étendues d'eau en « No Data » s'est effectué en
3 étapes.
1. Utilisation de l'outil « Raster Calculator » pour évaluer les pixels avec une
altitude égale à zéro. ( MNT == '0')
2. Ce raster est transformé en shapefile (« Raster to Feature » sans l'option
« Generalization »).
3. La mosaïque ASTER est découpé selon l'ensemble des polygones du shapefile
crée précédemment sauf le polygone de la mer. (outil « Clip » de l'extension
« Management »).
Cette méthode permet de garder les pixels de valeur 0 dans les terres. Le MNT ASTER
projeté en UTM 18N et découpé selon le trait de côte est fourni sous le nom
« BVH_ASTER_NoWater.tif » (Annexe I).
- Décalage systématique du MNT Nous avons remarqué un décalage entre la mosaïque projetée en UTM 18 N et les données
fournies par le CNIGS (Fig. 15). La présence de ce décalage est en effet signalée dans le
rapport de validation de la donnée ASTER (Tachikawa et al., 2011b). Il est très difficile à
estimer avec précision car cela demande d’avoir des repères communs sur le MNT et les
données disponibles. Toutefois, le décalage en X et Y a été mesuré en 20 points entre le trait
de côte de la couche « Grand_Bassin_Versant.shp » et le trait de côte extrait des données
ASTER (« BVH_Trait_de_Cote.shp »). La donnée ASTER présente un décalage maximal estimé
à 116m en X et 118 m en Y par rapport à la couche « Grand_Bassin_Versant.shp ».
Figure 15 : Illustration du décalage systématique. Le trait de côte extrait des données ASTER est affiché en rouge, celui fourni par l'étude CIAT-LGL, 2010 en noir.
5. Modification du MNT ASTER GDEM 2
- État de l'art de l'adaptation du MNT L’extraction automatique du RH en zone de plaine (zone plate) soulève plusieurs problèmes.
Des méthodes existent pour améliorer les performance des MNT dans les zones plates
(Callow et al., 2007). Les solutions proposées dans la bibliographie ont en commun d’utiliser
une donnée exogène permettant d’adapter le MNT aux extractions hydrologiques
souhaitées. Dans notre étude, la donnée capable d’améliorer la fiabilité de l’extraction en
zone de plaine est la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp ».
31
La solution immédiatement disponible sous ArcGIS est l’outil « Topo To Raster ». Cet outil
reprend une méthode d'interpolation spécialement destinée à la création de modèles
numériques de terrain hydrologiquement corrects (ANUDEM, Hutchinson, 1989). Toutefois,
l’utilisation de cet outil génère un volume de donnée trop important. La transformation de la
donnée MNT ASTER en grille de points pour l’interpolation est trop lourde à mettre en
œuvre sur l'ensemble du territoire d'Haïti. Notre objectif étant de développer une méthode
qui puisse être mise en œuvre facilement à l’échelle d’Haïti, nous n’avons pas retenu cet
outil.
Une seconde méthode intitulée « stream burning », ou marquage des rivières, consiste à
modifier le plan altimétrique du MNT en incrustant une donnée hydrologique externe
(Saunders, 1999). Le principe général est d’abaisser d’une valeur arbitraire l’altitude des
pixels du MNT qui se trouvent sur le tracé d'un RH de référence (Fig. 16). Nous avons utilisé
ce principe pour adapter le MNT ASTER, en y incrustant le RH de « Riviere_Topo50.shp ».
Cette méthode est simple à mettre en œuvre et moins gourmande en puissance de calcul
que l’outil « Topo To Raster ». Nous avons choisi de d’abaisser l’altitude des pixels définit par
le RH de référence sans réaliser de lissage sur les pixels à proximité du couloir d’abaissement
(Charleux‐Demargne, 2001). Cela a pour effet de modifier localement et partiellement le
MNT, sans altérer l’altimétrie en dehors de l’incrustation.
Figure 16 : Illustration du principe de modification locale et partielle d’un MNT par marquage du RH de référence (source : Charleux-Demargne, 2001).
- Correction de la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp » Dans une approche d’écoulement unidirectionnel, un pixel en amont ne peut avoir qu’un
seul pixel en aval. C'est pourquoi, la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp » ne peut pas
être utilisée directement pour modifier le MNT ASTER. Le réseau vectoriel de référence doit
répondre à certaines exigences pour pouvoir être utilisé en « stream burning » (Mayorga et
al., 2005) :
32
‐ l'ensemble du réseau doit être interconnecté.
‐ les chenaux qui forment des boucles ou sont divisés en chenaux parallèles, tressés doivent
être simplifiés en chenal unique.
‐ les larges chenaux représentés par des polygones doivent être simplifiés en une seule
courbe pour éviter des voies d'écoulement multiples.
Des cas particuliers apparaissent alors :
‐ Les canaux de drainages. Ils ont été supprimés car ils forment des treillis qui sont très
difficilement modélisables. Seuls les canaux majeurs ayant un exutoire ont été conservés.
‐ Les lacs. Ce sont des zones où la morphologie du RH extrait n’est pas réaliste. Les tronçons
traversant les lacs ont été conservés pour garder une continuité hydrologique entre l’amont
et l’aval.
‐ Les deltas. Ils constituent des objets hydrologiques qui sont très difficilement modélisables,
car d’un bras unique le réseau divergent en plusieurs bras. Ce problème est discuté à la fin
de ce rapport.
Ainsi, la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp » a été modifiée afin de répondre aux
exigences d’une modélisation d’écoulement unidirectionnel (Fig. 17). Cette couche
« Riviere_Topo50.shp » modifiée est appelée « Riviere_Topo50_cor.shp » (Annexe I). Les
détails techniques de la correction sont disponibles en annexe II. Nous faisons par ailleurs
l’hypothèse forte que le RH actuel d’Haïti est bien défini dans la couche
« Riviere_Topo50.shp ».
Figure 17 : Exemple de correction de la couche « Riviere_Topo50.shp » dans la zone de confluence de la rivière la Quinte.
33
- Modification effective du MNT ASTER La couche vectorielle « Riviere_Topo50_cor.shp » a été rastérisée (transformée en une grille
de pixels) à la résolution spatiale de la mosaïque ASTER et binarisée (en valeur 0 ou 1), avec
la valeur 1 pour les pixels appartenant au réseau « Riviere_Topo50_cor.shp ». L’étape
suivante consiste à faire une conditionnelle avec l’outil « calculatrice raster » de manière à
garder les altitudes initiales du MNT pour les pixels de valeur 0 et, pour les pixels de valeur 1,
les altitudes du MNT initial moins une valeur dZ. La valeur dZ a été fixée à 100 m ce qui
abaisse suffisamment le plan altimétrique du MNT pour contraindre les écoulements dans
toutes les zones rencontrés en Haïti. Le MNT avec le marquage des rivières (« adapté ») est
fourni parmi les livrables (« BVH_ASTER_Adapte.tif », Annexe I).
Sous Arcgis 9.3, il est possible de lancer ce processus sur la mosaïque entière et, par
conséquent, d’obtenir le MNT ASTER adapté en un seul raster sur l’ensemble de notre zone
d’étude. Cette opération a été réalisée à l'aide d'un script python (« StreamBurning.py »,
Annexe I).
Il est important de signaler que la modification du MNT a lieu exclusivement sur la partie
Haïtienne, car elle est limitée à la région concernée par la couche de référence
« Riviere_Topo50.shp ». Pour les zones extérieures à Haïti (les BV à cheval sur la frontière),
nous ne disposons pas de RH de référence permettant d’appliquer la même approche. Il n’y
a donc pas de marquage des rivières dans le MNT sur les zones extérieures à Haïti.
6. Extraction finale des directions d’écoulement en Haïti.
Avant de pouvoir lancer le calcul du plan des directions d’écoulement, il faut remplir les
dépressions locales sur le MNT ASTER adapté (section D1‐2). Le plan de direction des
écoulements peut ensuite être calculé avec l’outil « Flow Direction ». Cet algorithme code les
huit directions (cardinales et diagonales) avec des puissances de 2 selon le schéma Figure 18.
Ce raster est un résultat intermédiaire, indispensable pour l'extraction d'objets
hydrologiques. Il est fourni dans les livrables (« BVH_Flow.tif », Annexe I).
34Figure 18 : Codification des huit directions d'écoulement par l'outil « Flow Direction ».
L'extraction des directions d'écoulement a demandé une réflexion approfondie sur les trois
composantes principales de la méthode d'extraction : l’algorithme d'extraction des
directions d'écoulement (choix de l'algorithme D8, section D1‐1), les données spatiales
ressources (choix du MNT ASTER, section D1‐3) et les logiciels de traitement adaptés à une
mise en œuvre à l’échelle d’Haïti (choix de l'utilisation de ArcGIS 9.3, section D1‐1). De plus,
compte tenu des données disponibles et de la faiblesse des résultats en plaine, nous avons
choisi d'adapter notre MNT pour guider les extractions le long d'un réseau de référence.
À partir de ces choix, les directions d'écoulement sont calculées en deux étapes principales.
Tout d'abord, le MNT est préparé avec, dans l'ordre, mosaïquage des dalles ASTER,
projection du MNT en UTM 18N et marquage des rivières du RH de référence. Ensuite, le
calcul des écoulements (remplissage des dépressions et application de l'algorithme D8)
(Fig.19). La qualité de ce résultat intermédiaire conditionne les étapes suivantes d'extraction
du RH et des limites des BV.
Figure 19 : Organigramme détaillé de l’étape d'extraction des directions d’écoulement..
35
D2. Réseau hydrographique
1. Structure et classification du réseau hydrographique
Avant de décrire les étapes d’extraction du RH, il est important de comprendre comment est
construit cet objet hydrologique. La topologie d’un RH définit l’ensemble des relations de
voisinage entre ses éléments constitutifs. Au cours de cette phase, nous avons construit des
règles topologique en utilisant l’information de tracé, contenue dans le raster
d’accumulation (section D2‐2), et l'information de direction, contenu dans le raster des
directions d’écoulement (section D1).
L’élément constitutif du RH extrait dans cette étude est le tronçon. Un tronçon est défini
entre deux intersections, ou entre une source et une intersection, ou encore une
intersection et un exutoire. L’ensemble de ces tronçons spatialement connectés forme le
réseau hydrographique (RH).
Les tronçons peuvent être hiérarchisés selon leur importance dans le RH. Les tronçons ont
été classés suivant la méthode de classification des ordres de Strahler (Strahler, 1952). Elle
se base sur un parcours descendant du réseau, attribuant des valeurs faibles près des
sources et élevées au niveau des exutoires. Tout tronçon qui n'a pas d'affluent se voit
attribuer la valeur d’ordre 1. À la confluence de deux tronçons d'ordre N, le tronçon en aval
se voit attribuer l'ordre N+1. Sinon, le tronçon en aval adopte l'ordre le plus élevé des
tronçons présents en amont (Fig. 20).
Figure 20 : Classification en ordre de Strahler (source : Wikipedia 2012).
L’extraction du RH nécessite plusieurs étapes successives de calculs : calcul de
l'accumulation, identification des tronçons (entre deux bifurcations), calcul de l'ordre et
nettoyage. Nous utilisons le format raster pour toutes ces étapes. La transformation du RH
en mode vectoriel n'est faite qu'à la fin du procédé. Le principal avantage est de ne pas avoir
à manipuler des couches vectorielles de poids important, et qui demandent des temps de
calcul plus long. Toutefois, au cours de l’analyse, des vectorisations intermédiaires ont été
réalisées afin de faciliter les observations sous SIG.
36
37
2. Accumulation des écoulements de surface
- État de l'art sur le seuil d'accumulation À partir du plan des directions d'écoulement obtenu dans la section D1, il est possible de
calculer l'accumulation en amont (« downstream »). En partant des crêtes et en accumulant
progressivement les flux jusqu'à l'exutoire, on obtient le nombre de pixels avals qui se
jettent dans chaque pixel (O'Callaghan et al., 1984).
Le calcul d'accumulation considère une pluie uniforme sur l'ensemble du territoire. Cette
hypothèse, bien que très grossière, nous permet d'estimer une aire drainée en amont de
chaque pixel. La valeur d’un pixel correspond au nombre de pixels s'écoulant dans celui‐ci.
Par exemple, un pixel avec une valeur d'accumulation égale à 1200 signifie que 1200 pixels
amonts se déverse dans celui‐ci. Au contraire, une valeur de 0 correspond à une crête
(aucun pixel ne se déverse dans celui‐ci). L'unité est le pixel, qui correspond à une aire de
927 m2. Cette valeur d'accumulation est utilisée pour seuiller une aire drainée à partir de
laquelle il peut se former une rivière, c'est‐à‐dire qu'il faut une accumulation suffisante pour
qu'un pixel fasse parti du RH. La difficulté est alors de définir ce Seuil d'Accumulation (SA).
Les premiers travaux utilisent un seuil constant sur cette donnée d'accumulation
(O'Callaghan et al., 1984). Une étude réalisée sur le seuillage de l’accumulation (Tarboton et
al., 1991) montre que la densité du RH est dépendante du SA (Fig. 21). Une manière
automatique a été proposée pour choisir le seuil en utilisant la propriété géomorphologique
empirique des RH de « constant stream drop » (Tarboton et al., 1991). Il s’agit de calculer la
diminution d'altitude entre le début et la fin d'un bras de cours d'eau, défini par les ordres
de Strahler. Le SA est alors fixé comme étant le plus petit seuil qui produit un RH où la
moyenne des diminutions d'altitude des ruisseaux du premier ordre n'est pas
statistiquement différente (avec un seuil de confiance de 5 %) de la moyenne des
diminutions d'altitude des autres ordres. Cette méthode a été automatisée dans l'outils
TauDEM (Terrain Analysis Using Digital Elevation Models, Tarboton, 2003).
Cependant, considérer un SA unique sur un territoire étendu est peu adapté car la
géomorphologie du terrain est très hétérogène. Pour prendre en compte cette
hétérogénéité, il est possible, à partir de MNT, de dériver des paramètres de pentes. La très
grande majorité des études utilisent la pente locale, définie comme étant la pente maximale
sur les 8 pixels voisins. Il existe une relation entre l'angle de cette pente locale et
l'accumulation (Quinn et al. , 1991). Cette relation a été utilisée pour définir des SA
différents selon les types de terrain en prenant aussi en compte la végétation, les propriétés
du soubassement et du sol (Vogt et al., 2003, Colombo et al., 2007). Ces derniers auteurs
lient cette information de pente à des informations d'érodibilité du substrat rocheux et aux
propriétés de conductivité hydraulique du sol. Les SA varient selon la géomorphologie de 1
km2 à 80 km2.
Le rapport sur la qualité et l'utilisation d'ASTER conseille d'utiliser des SA variables selon les
zones géographiques : 25 pixels pour les montagnes, 50 pour les pédiments, 100 pour les
cônes alluviaux, et 500 pour les plaines (Hosseinzadeh, 2011).
Toutefois, pour ce projet, nous ne disposions pas d’informations de terrain suffisamment
précises sur la géologie d’Haïti pour proposer des SA multiples et cohérents. Nous avons par
conséquent choisi d’utiliser un seuil commun pour tout Haïti. Même s'il est en accord avec la
propriété de « constant stream drop », il est clair qu'un seul seuil ne peut pas être
satisfaisant en plaine et en zone à fort relief. C’est pourquoi nous avons mis en place une
méthode de nettoyage afin de palier la faiblesse de l’utilisation d’un seuil unique (développé
en section D2‐3).
Figure 21 : RH extrait à partir des images satellites (A), du MNT ASTER avec un SA de 500 (B), SA de 200 (C), SA de 100 (D), SA de 50 (E) et SA de 25 (F) (source : Hosseinzadeh, 2011)
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39
- Choix du seuil d'accumulation Le raster d’accumulation a été calculé à partir du raster des directions d’écoulement avec
l'outil « Flow Accumulation » qui utilise la méthode détaillée plus haut. Ce raster
d'accumulation calculé sur l'ensemble d'Haïti est fourni par la phase I : « BVH_Accu.tif »
(Annexe I). Ce raster a été utilisé pour définir un seuil d’accumulation satisfaisant pour
l’extraction du RH haïtien.
Dans le cadre de ce projet BVH et notamment pour la phase II suivante, il est intéressant
d'avoir une description fine de l’arborescence du RH et de chercher à extraire un RH
remontant proche des sources. Nous souhaitions donc obtenir un RH fortement densifié en
montagne, c'est pourquoi nous avons opté pour le choix d'un seuil faible (comparé à
Hosseinzadeh, 2011).
Dans une phase exploratoire, nous avons seuillé le raster d’accumulation avec des valeurs de
seuil de 20, 10 et 5 pixels (correspondant respectivement à des aires de drainages de 18540,
9270 et 4635 m2). Ces rasters ont été ensuite transformés en mode vecteur dans la partie
Nord de l’île afin de pouvoir analysé le RH extrait sur une zone étendue et représentative
d’Haïti. Des observations faites à partir des images GE à proximité des sources ont permis
d’apprécier l’effet du seuil d’accumulation sur les RH extrait (Fig. 22), et de s’assurer de se
rapprocher le plus possible des sources.
Figure 22 : Observation des RH extraits avec des SA de 20 ,10 et 5 pixels en secteur montagneux (BV de la Quinte). Ces observations en zone de relief à proximité des sources nous ont permis de retenir le
seuil de 10 comme étant adapté aux résultats souhaités. Le seuil de 20 pixels ne permet pas
de définir les petits cours d’eau et ne remonte pas assez près des sources. Le seuil de 5
donne un réseau non réaliste avec un nombre de petits tronçons trop important.
Toutefois, ce seuil d’accumulation faible qui donne un résultat satisfaisant en zone de
montagne peut conduire à un RH extrait aberrant en zone de plaine (Fig. 23).
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Figure 23 : Observation des RH extraits avec des SA de 20, 10 et 5 pixels en secteur de plaine (Confluence de la Quinte) Une observation dans une zone de confluence de la rivière La Quinte permet d’apprécier la
sensibilité des extractions en fonction du seuil choisi dans un secteur relativement plat. Pour
cette gamme de seuils d’accumulation, des tronçons aberrants apparaissent et sont d’autant
plus nombreux que le seuil d’accumulation est faible. Il n'est pas possible de distinguer un SA
satisfaisant en secteurs de plaine. Le seuil choisi est de 10 pixels, correspondant à une aire
drainée supérieure ou égale à soit 9270 m2. Bien que ce seuil soit inférieur à la
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recommandation de 25 pixels (22500 m2) pour les zones montagneuses (Hosseinzadeh,
2011), il est justifié car nous souhaitons conserver un RH fortement densifié en zone de
montagne. Une telle densité sera mise à profit par la phase II de caractérisation du RH
haïtien. La validation d’un tel choix nécessitera d’importants travaux ultérieurs (discutés à la
fin du rapport), mais nous avons procédé par un test de sensibilité pour en apprécier
l’adéquation dans le temps limité dont nous disposions.
Pour compléter les observations visuelles, une analyse de l'effet du seuil d'accumulation a
été réalisée en comparant les distributions du nombre de tronçons par ordre selon les seuils
d'accumulation utilisés (Fig. 24). La distribution du nombre de tronçons par ordre est bien
connue des hydrologues. Elle a un caractère fractal que nous avons retrouvé en utilisant une
échelle logarithmique en ordonné (Fig. 24b). Le coefficient directeur des régressions
linéaires reliant le logarithme du nombre de tronçons aux ordres est constant quelque soit le
seuil d'accumulation choisi (droites parallèles Fig. 24b). Nous observons donc la même
structure de réseau quelque soit le seuil choisi. Cette analyse ne nous permet pas de
trancher en faveur d'un seuil en particulier, mais confirme que quelque soit le seuil choisi, et
en particulier le seuil faible de 10 pixels, le réseau extrait garde son caractère fractal de la
distribution des ordres et ne change pas drastiquement de structure.
Le RH avec l’accumulation seuillé à 10 pixels est disponible dans les livrables sous forme
vectoriel (« BVH_AccuS10.shp », Annexe I). Ce RH a de nombreux tronçons irréalistes en
plaine que l'étape suivante de nettoyage des cours d'eau en plaine permet de supprimer.
Figure 24 : Distribution (a) du nombre de tronçons par ordre pour différent SA appliqués (seuils de 5, 10 et 20 pixels). Le RH a été extrait sur la zone d'étude du Nord (côte Atlantique). (b) idem avec échelle logarithmique du nombre de tronçons par ordre.
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3. Nettoyage des cours d'eau en plaine
- Algorithme de nettoyage des cours d'eau en plaine Le seuil d'accumulation a été choisi pour sa précision en zone montagneuse. Néanmoins,
cela crée un RH aberrant en zone plate avec de nombreux tronçons irréalistes (Fig. 23). Nous
avons élaboré une méthode de nettoyage en nous basant sur une idée réaliste simple :
«très peu de rivières prennent leur source en plaine ».
C'est une hypothèse forte, mais qui est vérifiée dans la très grande majorité des cas, en
particulier pour Haïti au relief presque bimodal (avec un mode en plaine et un autre en
montagne). Ainsi, nous avons souhaité supprimer les tronçons qui prennent leur source en
zone de plaine. La pente moyenne du tronçon peut qualifier son appartenance à une zone
de plaine, et son ordre (de 1) peut le définir comme un tronçon source.
La pente est définie par le rapport de la différence d'altitude sur la longueur du tronçon (Fig.
25). L'information d'altitude est fournie par le MNT ASTER. La longueur est calculée de
manière curviligne, en suivant le parcours de l’eau et en appliquant un facteur √2 pour les
déplacements obliques.
Figure 25 : Calcul de la pente moyenne d'un cours d'eau La méthode de nettoyage est un filtre itératif sur ces deux critères de pente et d’ordre (Fig.
26). À partir du raster du RH précédemment obtenu (après seuillage de 10 pixels sur
l'accumulation, section D2‐2), les ordres et la pente des tronçons sont calculés. Ensuite, tous
les tronçons d'ordre 1 avec une pente inférieure ou égale à un certain Seuil de Pente (SP)
sont supprimés. Un nouveau RH est obtenu. S'il est identique au RH initial (c'est‐à‐dire, si
l’on n’arrive plus à améliorer le nettoyage), ce RH est le résultat final de notre nettoyage.
Sinon, il devient le nouveau RH en entrée de l’algorithme et une nouvelle phase de
nettoyage est appliquée. Le maximum d'itération est l'ordre maximum de notre réseau
initial. Notons qu’à chaque itération, les ordres des tronçons sont susceptibles de changer,
mais pas la pente.
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Ce processus itératif permet de supprimer les tronçons d'ordre supérieur à 1 qui n'ont pas
de réalité physique, car prenant leur source en plaine (Fig. 27). Ce nettoyage ne crée pas de
discontinuités entre la plaine et les zones montagneuses. Même s'il n'a pas été retrouvé
dans la littérature, ce processus innovant nous semble satisfaisant pour notre étude. Un
script python a été développé pour faire ce nettoyage de manière automatique
(« SlopeCleaning.py »).
Figure 26 : Étapes successives de la méthode de nettoyage du RH extrait. À partir du raster du RH précédemment obtenu (après seuillage sur l'accumulation, section D2-2), les ordres et la pente des tronçons sont calculés. Ensuite, tous les tronçons d'ordre 1 avec une pente inférieure ou égale à 0.05 sont supprimés. Un nouveau RH est obtenu. Ce processus est réitéré jusqu’à ce que le RH obtenu soit identique au RH initial.
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Figure 27 : Filtre itératif sur la pente et les ordres 1. À partir du RH initial, le filtre supprime les tronçons d'ordres 1 en zone de faible pente (itération 1). Les ordres (et les pentes) sont ensuite recalculés et le filtre appliqué de nouveau (itération 2 et 3). Le filtre appliqué sur le résultat de l'itération 3 ne supprime aucun tronçons d'ordre 1 donc le RH de l'itération 3 devient le RH final.
- Choix du seuil de nettoyage sur la pente La précédente méthode de nettoyage a été appliquée sur le raster d’accumulation seuillé à
10 pixels, avec une gamme de Seuil de Pente (SP) variant de 0.12 à 0.02 (avec un incrément
de 0.01 pour chaque seuil). Nous avons observé, à partir des images GE, la sensibilité du SP
sur la moitié Nord de l’île (qui est notre zone de test, supposée représentative d’Haïti).
Les résultats obtenus ont tout d’abord montré que la méthode de correction était efficace
en zone de plaine, puisqu’il est possible d’éliminer de façon automatique tous les petits
cours d’eau non réalistes (prenant leurs sources en zone de plaine) et de conserver les
rivières principales (Fig. 28). Toutefois nous pouvons observer, comme par exemple en rive
droite d’une confluence de La Quinte pour laquelle il existe un faible relief, qu’un SP trop
élevé a pour effet de supprimer aussi des cours d’eau ayants une réalité terrain. Ici encore,
l’outil automatique parfait n’existe pas, et nous avons fait au mieux dans le temps imparti.
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Figure 28 : Observation de l'efficacité de la méthode de nettoyage en plaine. RH extrait à partir d'un SA de 10 pixels (à gauche) puis nettoyé avec un SP de 0.1 (à droite) dans une zone de confluence de la rivière la Quinte.
Figure 29 : Superposition des RH corrigés avec différentes valeurs de SP (0.1, 0.05 et 0.04) sur une zone de confluence de la rivière la Quinte. Plus le SP est faible, plus le réseau est dense en zone d’altitude intermédiaire. En aucun cas, un SP élevé ne supprime un tronçon non supprimé par un seuil
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plus faible. Donc, le RH correspondant à la correction avec un SP de 0.04 se superpose aux tracés rouge, bleu et vert. De même, le RH correspondant à la correction avec le SP de 0.05 comprend les tracés rouge et bleu.
La Figure 29 nous permet d’observer sur un secteur relativement plat (en rive gauche d’une
confluence de La Quinte) et en faible altitude (en rive droite d’une confluence de La Quinte)
l’effet du nettoyage des cours d'eau en plaine. Un SP de correction de 0.1 supprime des
petites rivières en zone de faible altitude existant sur le terrain, il est donc trop restrictif. Un
SP de 0.04 n’est pas assez restrictif, car il laisse des cours d’eau aberrants en zone plate.
De cette manière, nous avons choisi un SP égal à 0.05 pour appliquer la correction
automatique. Globalement, ce seuil permet d’éliminer correctement les petits cours d’eau
irréalistes en plaine et permet de conserver un réseau dense en montagne. Le RH nettoyé de
cette manière est disponible dans les livrables sous forme vectoriel (« BVH_RH.shp »,
Annexe I) et raster (« BVH_RH.tif »).
4. Lissage du réseau hydrographique
Il est reconnu que le tracé 2D d'un RH est sinueux et suit le principe de moindre action
(Chang, 1979, Nanson et al., 2008). En effet, un fluide sur une surface plane se met
naturellement à sinuer pour minimiser sa dépense énergétique. Or, le résultat obtenu après
vectorisation de notre RH suit scrupuleusement le maillage de notre raster initial. Il est
intéressant de réaliser un lissage par approximation pour s'approcher du réseau réel. Ce
lissage sera en outre précieux pour certaines analyses de caractérisation des BV de la phase
II du projet BVH.
Ne pouvant pas utiliser un lissage par splines (qui sont les fonctions qui vérifient un principe
de moindre action, mais qui ne sont pas disponibles sous ArcGIS 9.3), nous avons utilisé
l'outil « Smooth Line ». Celui‐ci applique la méthode développée par Bodansky et al., 2002,
de Polynomial Approximation with Exponential Kernel (PAEK).
Les coordonnées du nouveau point lissé sont calculées en prenant en compte la moyenne
pondérée des points voisins (la pondération décroît avec la distance au point) et en faisant
une approximation avec un polynôme du second degré. Cette approximation ne passe pas
par tous les points du tronçon, mais conserve le début et la fin des tronçons et la topologie
générale du réseau. Le calcule nécessite comme paramètre la taille de la Fenêtre Glissante
(FG). Plus la FG est grande, plus le nombre de points pris en compte dans l'approximation
augmente donc plus le lissage est important. Nous avons réalisé une exploration de ce
paramètre de 1 à 5 pixels (de 30 à 150 m).
Figure 30 : Lissage du RH selon la méthode de PAEK avec différente taille de FG. Le RH initial (en violet) est issu du raster de maille 30 m puis lissé en prenant en compte 1, 2, 3, 4 puis 5 pixels (respectivement 30, 60, 90, 120 et 150 m). Le RH initial issue du raster marque très nettement les pixels (Fig. 30). Cette sinuosité est
crée artificiellement. Nous voulons un RH qui se détache du RH brut tout en gardant
l'information de sinuosité, sans trop écraser les changements de directions. Un lissage avec
une FG de 30 m (1 pixels) donne un RH qui suit beaucoup trop la forme des pixels. Une FG de
150m (5 pixels) perd trop d'information. Pour cette phase I, nous allons donc choisir une FG
de 3 pixels (90 m) qui nous semble un bon compromis. Cela change la sinuosité des cours
d'eau mais donne un résultat plus « réaliste ».
La phase II étudiera le réseau lissé et non lissé pour comparer la sensibilité des indices, et
validera, ou non, cette phase de lissage du RH. Le RH lissé est disponible parmi les livrables
sous le nom « BVH_RH_Lisse.shp ».
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5. Extraction finale du réseau hydrographique d'Haïti
L'extraction du RH complet de Haïti à partir du raster de direction d'écoulement est réalisée
en deux étapes successives (Fig.31). Tout d'abord, l'accumulation est calculée et nous
effectuons un seuillage sur cette information pour obtenir un premier tracé du RH. Ensuite,
ce RH est nettoyé en supprimant les cours d'eau artificiellement créés en plaine. Ces deux
étapes nécessitent des phases d'explorations des paramètres de seuillage (SA et SP) qui ont
été réalisées à l'aide des images GE.
Figure 31 : Schéma de l'extraction automatique du RH Un aperçu de la totalité du RH d’un BV est donné sur le bassin versant de la Quinte (Fig. 32).
Il permet d'apprécier l'ensemble du chevelu hydrographique extrait et de voir la
classification des ordres de Strahler (grâce à une échelle de couleur).
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L'ensemble du RH d'Haïti est cartographié et peut être visualisé en supprimant les plus petits
ordres de Strahler (inférieurs à 5), ce qui permet de distinguer l'importance des rivières
Haïtiennes principales (Fig. 33).
Figure 32 : Carte des ordres du réseau hydrographique du BV de la Quinte
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Figure 33 : Carte des rivières principales en Haïti
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53
D3 Limites des Bassins Versants
1. Algorithme d'extraction
L'outil « Basin » utilise le raster de direction d'écoulement (issu de la section D1) pour
délimiter les BV. Cet outil reconnaît l’exutoire de chaque BV quand la direction d’écoulement
rencontre le trait de cote. À partir de ces points, l'algorithme parcours les lignes de crête
(pixels n'ayant aucun pixel en amont) et défini ainsi les limites des BV.
Cet outil est très simple et efficace. Cependant, il crée de très nombreux BV côtiers. Il est
possible d'améliorer cette délimitation en renseignant la position réelle des exutoires si
cette donnée est disponible (ce qui n’était pas notre cas).
2. Codification des bassins versants d'Haïti
- Codification Pfafstetter des bassins versants
La codification des BV a été l'objet de nombreuses études et il existe différents systèmes
selon les pays (CIAT ‐ LGL, 2010). Nous avons choisi de ne pas utiliser les codification
historiques et nationales telles que la Watershed Boundary Dataset (WBD ‐ codification
américaine), ou la Directive Cadre sur l'Eau (DCE ‐ codification française). Au contraire, nous
nous sommes intéressé à la codification de Pfafstetter mise au point en 1989 par Otto
Pfafstetter et récemment implémenté sur les réseaux hydrographiques (Verdin et al., 1999).
Cette codification est de plus en plus populaire parmi les projets de modélisation
hydrologique à échelle continentale (De Jager et al., 2010).
L'idée principale est de profiter au mieux de notre système numérique décimal en utilisant
les 10 chiffres et en leur donnant une signification. Les nombres pairs codent les BV, les
nombres impairs les zones entre ces bassins. La codification est stratifiée : il est toujours
possible de subdiviser les zones d'interbassins ou les bassins versants en sous‐bassins
versant en ajoutant un chiffre au code initial. Le nombre de chiffres dans la codification de
Pfafstetter est appelé ordre. Dans ce rapport, nous ne nous intéressons qu'à la codification
des BV mais il existe une approche similaire pour la codification du RH.
Le codage nécessite trois étapes pour chaque nouvelle subdivision (ajout d'un chiffre).
1. Identifier les 4 plus grand BV (en terme de surface drainée). Un chiffre pair (2, 4, 6 ou 8) leur est attribué selon la position géographique de leur exutoire. Une origine est fixée avant de commencer puis le numéro des BV est donné par ordre croissant en tournant dans les sens des aiguilles d'une montre le long de la côte (Fig. 34). Le zéro est réservé pour les bassins fermés.
2. Délimiter et coder les interbassins avec les chiffres impairs. L'interbassin 3 est situé entre les bassins 2 et 4, le 5 entre les bassins 4 et 6 et le 7 entre les bassins 6 et 8. L'aire entre le bassin 2 et 8 est divisée entre les interbassins 1 et 9. L'interbassin 1 est entre l'origine et l'exutoire du BV 2 ; l'interbassin 9 entre l'exutoire du BV 8 et l'origine.
3. Tous les bassins et interbassins peuvent être re‐subdivisé par la suite en suivant la même méthode.
Dans notre cas, nous nous intéressons uniquement au BV donc nous avons répétés ces
étapes seulement pour les zones d'interbassins jusqu'à ce que l'on obtienne un nombre
convenable BV codés.
Figure 34 : Application de la codification de Pfafstetter à l'ordre 1 sur l'ensemble du continent Nord Américain. (source : Verdin et al., 1999)
54
- Codage des bassins versants Haïtiens Nous avons choisi d'appliquer la codification de Pfafstetter sur notre zone d'étude. L'origine
de la codification a été choisi au point de rencontre ente la frontière Haïtiano‐Dominicaine
et la Mer des Caraïbes (Fig. 35). Tous les BV de plus de 50 km2 ont été codé en suivant cette
méthode. Ceci correspond aux 75 plus grand BV et à 84.9% de la surface totale de notre
zone d'étude(Section E Fig. 37). Limité au territoire d'Haïti, ces 75 BV couvrent 79 % de la
surface du pays. Le codage des 75 plus grands BV d'Haïti nécessite un chiffre, pour les plus
grand BV, à cinq chiffres, pour les plus petits.
Le projet Hydro1k (USGS, 2000) propose une codification mondiale des bassins versants en
respectant la codification de Pfafstetter. Les bassins versants mondiaux sont codés jusqu'à
l'ordre 5 (précision de 5 chiffres). Le code de l'île d'Hispaniola est « 7595 ». Nous ne nous
sommes pas basé sur cette nomenclature mondiale. La première raison est que cela alourdit
inutilement les codes des BV (ajout de quatre chiffres au début de chaque code). De plus, la
codification proposée est contestée pour la codification des îles et nous avons préféré nous
concentrer exclusivement sur le territoire d'Haïti qui est notre zone d'étude.
Figure 35 : Mise en place de la codification de Pfafstetter sur notre zone d'étude. Les couleurs montrent l'ordre 1 de la codification de Pfafstetter et les chiffres présentent la subdivision à l'ordre 2.
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3. Extraction finale des limites des bassins versants en Haïti La délimitation des BV à partir des directions d'écoulement est une étape simple et rapide.
La codification manuelle des BV selon le système de Pfafstetter demande plus de temps et
d'expertise. Nous avons choisi d'arrêter notre codification aux BV de taille supérieure à
50km2 (« BVH_BVPfaf.shp », Annexe I). Cette codification peut être poursuivie au besoin sur
un nombre plus élevé de BV. Toutes les limites des BV Haïtiens ont été calculées et sont
disponibles dans les livrables (« BVH_BV.shp », Annexe I).
Les étapes intermédiaires de codification ont été sauvegardées et sont fournies dans les
livrables. L'ordre 1 de la classification (avec un seul chiffre) délimite les quatre plus grands
BV d'Haïti et les grandes régions d'interbassins (« BVH_Pfaf1.shp »). « BVH_Pfaf2.shp » et «
BVH_Pfaf3.shp » montre la codification de Pfafstetter à l'ordre 2 et 3. Enfin, la couche «
BVH_BVPfaf.shp » contient la codification de Pfafstetter des 75 plus grands BV que nous
étudierons au cours de la phase II (Fig. 36).
Figure 36 : Carte des bassins versants de taille supérieure à 50km2 et de leur région d'interbassin suivant la classification de Pfafstetter.
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57
E. Analyse préliminaire des composantes des bassins versants Cette partie présente les indices géométriques simples calculés sur le RH et les limites des
BV qui ont été ajoutés dans les tables attributaire des couches shapefiles. Une
caractérisation spatiale plus complète sera réalisée en phase II de ce projet.
1. Réseau hydrographique Les longueurs des objets vectoriels (tronçons) ont été calculées et ajouté dans le champ
« Length_m » de la table attributaire. Les longueurs sont exprimées en mètre. L'ordre de
Strahler est automatiquement calculé par notre méthode d'extraction, il est sauvegardé
dans l'attribut « Str_Order ».
Il est important de remarquer que les longueurs sont les longueurs des tronçons (entre deux
bifurcations) et non des bras correspondant aux ordres de Strahler.
Les longueurs ont été calculées avec le RH sans lissage et avec lissage. La différence entre les
deux est minime (Tableau 2). Le RH extrait est beaucoup plus densifié que le réseau des
services Haïtiens « Riviere_Topo50.shp ».
La distribution des ordres des tronçons est une caractérisation classique du RH. Celle‐ci a
une dimension fractale que nous avons retrouvée (Fig.37).
Tableau 2 : Statistique sur les longueurs des tronçons du RH RH initial RH lissé Riviere_Topo50
Longueur moyenne (m) 198.04 192.12 /
Longueur médiane (m) 151 151 /
Longueur totale (km) 219 314,200 212 760,283 28 309,141
Figure 37 : Histogramme des ordres des tronçons sur l'ensemble de notre zone d'étude (a), avec échelle logarithmique en ordonné (b). Les pointillés représentent une régression linéaire du logarithme du nombre de tronçons en fonction des ordres de 1 à 9. Le coefficient directeur est de -0.79 et le R2 de 0.97.
2. Limites des bassins versants L’aire et le périmètre des BV ont été mesurés à l’aide de l’outil de calcul de géométrie
d’ArcGis et ajoutés respectivement dans les champs « Area_Km2 » et « Perim_Km » de la
table attributaire de la couche. L’aire, exprimée en kilomètre carré, est la portion du plan
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délimitée par la ligne de crête. Le périmètre est la longueur de la ligne de contour du bassin
et est exprimé en kilomètre.
Nous avons aussi ajouté un attribut extrait à partir du RH : l'ordre de Strahler du bras de
cours d’eau auquel appartient l'exutoire, sauvegardé dans l'attribut « Strahler_Max ».
Il est possible de comparer l'aire des principaux BV selon les différentes études qui se sont
intéressées à la question (Tableau 3). Nos BV extraits ont, en moyenne, une aire inférieure à
celle des autres études. Ceci peut s'expliquer par le fait que nous délimitons les BV au sens
strict, avec un seul exutoire par BV.
Tableau 3 : Aire des principaux BV Haïtiens selon les études. "x" signifie que le BV n'a pas été proprement délimité par l'étude concernée
Aires des BV (en km2)
US Army
1999 USAID 2007
LGL 2010
BVH 2012
Rivière de l'Artibonite (avec Rep.Dominicaine)
6862 (x)
6636 (x)
6636 (9005)
6249 (8903)
Les Trois Rivières 897 898 921 896 Ouanaminthe x x 767 786 Rivière de l'Estere 834 800 800 723 La Quinte x 700 735 678 Grand'Anse Rivière 541 554 564 566 Grande Rivière du Nord 663 680 627 545 Grande Rivière de Jacqumel 560 561 560 544 Grande Rivière de Nippe x 465 495 438 Rivière de Cavaillon 380 400 359 380 Rivière Grise ou Grande Rivière du Cul de Sac 290 x x 321 Rivière du Limbe 312 313 312 305 Rivière Mornance 330 x x 250
Pour étudier l'aire des BV, il est intéressant de calculer la surface cumulée par BV de taille
décroissante (Figure 38). Avec l'échelle logarithmique, nous voyons que le logarithme de la
surface cumulée a un comportement linéaire pour les 75 plus grands BV d'Haïti. Ceci justifie
notre choix d'étudier ces 75 BV correspondant aux BV de plus de 50 km2. Il est aussi possible
de voir qu'après avoir pris en compte les 1275 plus grands BV, le logarithme de la surface
cumulée atteint une asymptote. Ceci signifie que les BV suivants n'ont pas d'intérêt et sont
probablement artificiels (pixels côtiers).
Le périmètre des BV est fortement corrélé à l'aire. La majorité des BV ont un périmètre
inférieur à 1 km (logarithme inférieur à 0), il s'agit de la multitude des pixels côtiers (Fig.39).
Figure 38 : a) Surface cumulée en km2 par BV de taille décroissante (zoom sur les 230 premiers BV). Le trait en pointillés rouges représente la surface totale de notre zone d'étude (38403 km2). b) même courbe avec échelle logarithmique. La régression linéaire (en noir) a été calculée en prenant en compte du 3ème au 50ème plus grand BV. Les lignes verticales rouges représentent les cassures de pentes. La
60
première sépare les 75 plus grands BV qui suivent une relation linéaire du log de la surface cumulée. La deuxième sépare les BV côtiers réalistes et les BV irréalistes avec une surface cumulée quasi constante.
Figure 39 : Histogramme du logarithme des périmètres (en km) des BV. Le mode de la distribution est la classe [-1.5, -1] correspondant à des BV de périmètre compris entre 223 et 367 m (de 3 à 5 pixels).
La distribution des ordres des exutoires des BV permet d'apprécier l'importance
hydrologique des BV (Fig. 40). La distribution logarithmique du nombre de bassin versant par
ordre (b) et comparable à celle du nombre de tronçons par ordre (Fig. 37b). Elle a aussi un
caractère fractal, avec des coefficients directeurs des régressions linéaires sont comparables
(‐0.8). La répartition des ordres des grands BV, d'aire supérieure à 50 km2, montre qu'ils ont
un ordre de Strahler minimum de 5 et que tous les exutoires d'ordre supérieur à 6 sont pris
en compte (Tableau 4). Cela valide notre choix de ne coder que 75 BV à partir d'un critère de
taille. Les BV avec un exutoire d'ordre faible sont de faible importance hydrologique et
toutes les rivières importantes (d’ordre élevé) sont codifiées.
61
Figure 40 : Histogramme des ordres des exutoires a) avec échelle logarithmique en ordonné b). Les pointillés représentent une régression linéaire du logarithme du nombre de bassins versants calculée en fonction des ordres de 1 à 9. Le coefficient directeur est de -0.8 et le R2 de 0.97.
Tableau 4 : Répartition de l'ordre de l'exutoire des BV Ordre de l'exutoire 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nombre de BV 1965 1128 706 348 160 60 27 6 1 1
Parmi les 75 plus grands BV 0 0 0 0 3 37 27 6 1 1
62
F. Evaluation de la qualité des composantes des bassins versants extraites
1. Estimation préliminaire par images à très haute résolution spatiale
Une estimation de la qualité d’un RH est une tache complexe en raison de la diversité des
sources d’erreurs possibles. Il est possible de distinguer deux principales sources d’erreur ;
les erreurs géométriques et les erreurs topologique (Fig. 41).
Figure 41 : Classification des types d'erreur possibles pour le RH.
L’estimation de ces erreurs nécessite un RH de référence pour pouvoir quantifier les erreurs
du RH extrait. Or un tel RH de référence n'est pas disponible. Afin d’identifier un RH de
référence, nous avons développé une méthode s’appuyant sur la photo‐interprétation à
partir des images THRS de Google Earth. Bien entendu la photo‐interprétation a des limites
notamment pour les cours d’eau de dimension physique inférieure à la résolution spatiale
des images THRS. Ce réseau de référence identifié sur GE sera appelé le réseau observable,
lui‐même constitué des rivières observables. Nous souhaitions mesurer la distance entre le
RH extrait et le réseau observable pour estimer l’erreur géométrique globale.
63
Nous avons créé une série de 100 points générés aléatoirement sur le RH extrait dans le
secteur Nord d’Haïti (Fig. 42). Nous supposons ce secteur comme étant représentatif de la
géomorphologie du RH de Haïti. Le nombre de points a été limité par contrainte de temps.
L'intérêt de l’échantillonnage aléatoire des points est de sélectionner aléatoirement les
ordres.
Figure 42 : Carte des points de validation générés aléatoirement sur le RH extrait (Zone Nord). Le protocole a été de mesurer, à l’aide de l’outil de mesure disponible sur GE, la distance la
plus courte entre les points issus du RH extrait et le réseau observable. Ce travail a demandé
un avis d’expert afin d’identifier la rivières observable correspondant à chaque point.
Nous avons distingué trois classes d'observations :
‐ V (Visible) : les points pour lesquels la rivière observable a été correctement identifiée.
Dans ce cas la mesure de la distance entre le point et la rivière observable est effectuée.
‐ PV (Pas Visible) : les points pour lesquels il n’a pas été possible d’identifier correctement la
rivière observable (végétation dense, contraste de couleur faible, présence d'une
couverture nuageuse, taille de la rivière trop faible…). Dans ce cas, la mesure n’est pas
effectuée.
64
‐ PR (Pas de Rivière) : les points pour lesquels il ne semble pas possible, sur avis d’expert, de
trouver une rivière observable (zone anthropisé principalement). Dans ce cas il s’agit d’une
rivière erronée de la part de l’extraction.
6
27
67
PR
PV
V
Figure 43 : Distribution des 100 observations avec V : Visible, PV : Pas Visible et PR : Pas de Rivière.
Sur cet échantillon de 100 points, la mesure a été possible pour 67 points, 27 points n’ont
pas pu servir à estimer la qualité en raison des limites de la photo‐interprétation et 6 sont
considérés comme une erreur d’extraction du RH (Fig. 43). Ainsi, nous pouvons considérer
que le RH contient moins de 10% de rivières erronées c'est‐à‐dire qui ne sont pas observable
sur le terrain (6 erreurs sur les 73 observations possibles).
Sur les 67 points mesurés, la distribution des distances en chaque point entre le RH extrait et
la RH observable permet d'estimer l’erreur géométrique (Fig. 44). L’erreur géométrique
moyenne est de 28 m et 95% de nos mesures sont à moins de 80 m de la rivière observable.
Cette estimation donne une idée de la précision géométrique globale du RH extrait bien que
le nombre de points mesures soient faible donc difficilement généralisable.
65
Figure 44 : Distribution de la différence de position entre nos extractions et les observations réelles. Les différences entre le RH extrait et le RH observable sur GE (67 observations) sont en moyenne de 28 m. Les points GPS des rivières (GPS_riv) se trouvent en moyenne à 22 mètre du RH extrait (sur 61 observations). La précision géométrique des limites des BV extraites a été estimée à partir de 6 points GPS prenant la position des crêtes (GPS_cre).
2. Estimation par vérité terrain Une mission de validation sur le terrain a été réalisée du 24 au 26 Février 2012 par les
services Haïtiens. L'objectif était de relever la position GPS des cols (correspondant à la ligne
de partage des eaux) et des ponts (position des rivières). La mission s'est déroulée dans le
Nord d'Haïti, sur la côte Atlantique. Dans cette région se trouvent des zones de plaine et du
relief côtier. En plus d'une description précise des points relevés, des photographies ont été
prises pour apprécier au mieux des aspects plus spécifiques (érosion/incision,
sédimentation, morphologie de la rivière, profil latéral et forme des berges…). Les rivières à
chenaux multiples ont été localisées au centre de la bande active.
66
Cette mission a permis de prendre le relevé GPS de 102 points caractéristiques. Parmi ces
relevés, les deux tiers précisent la position des rivières (pris sur des ponts). Un quart de ces
points sont des crêtes et les 10 points restant n'ont pas pu être utilisés (Fig. 45).
26
65
28
C
R
TdC
NE
Figure 45 : Distribution des 102 points GPS relevés lors de la mission sur le terrain. Les positions caractéristiques mesurées sont divisées en quatre catégories : C pour les Crêtes, R pour les Rivières, TdC pour les Traits de Côte et NE pour les points Non Exploitables. Parmi les 65 observations de rivières, 4 ne sont pas présentes dans notre RH extrait. Il s'agit
de rivière en plaine que nous avons supprimées lors du nettoyage automatique.
La distance moyenne des 61 autres observations à notre RH extrait est de 21.78 m. La moitié
des observations est à moins de 18.6 m du RH extrait et 95% des observations sont à moins
de 46.6 m du RH extrait. La distance maximale mesurée est de 74.4m (Fig. 44).
La mission GPS a aussi permit de relever la position de 26 crêtes mais seulement six sont
actuellement des crêtes de BV. Les autres points concernent des limites de sous BV (non
étudiés ici). Parmi les 6 points de validation, la moitié est à moins de 10 m des limites de BV
extraites, la distance moyenne est de 14.7 m et la distance maximales est de 43 m (Fig. 44).
Les deux relevés GPS de bord de mer (TdC, Fig. 45) sont très proches de notre modélisation.
Les distances de ces points au trait de côte extrait des dalles ASTER (section D1‐4) sont de
1.8m et 0.8m.
67
68
Finalement, la reconnaissance de terrain montre que les erreurs de positionnement du
réseau hydrographique et des limites de bassins versants sont inférieures en moyenne à la
résolution spatiale de la donnée source (30 m pour le MNT ASTER).
En conclusion générale de l'estimation de la précision géométrique, on note une bonne
qualité d’ensemble des données produites. Les deux méthodes, avec des images très hautes
résolution (Google Earth) et avec une vérité terrain sont différentes et complémentaires. En
effet, la première méthode compare des points du réseau extrait au réseau observé sur les
images GE. La deuxième méthode compare des points GPS des rivières réelles au RH extrait.
Les résultats sont comparables donc notre estimation de la précision géométrique du RH
semble robuste.
D'après l'évaluation à partir des images satellites GE, moins de 10% des rivières extraites
sont erronées ( 6 points erronés sur les 73 observations possibles). Les points GPS (rivières
réelles) permettent d'estimer que plus de 90% des rivières réelles sont présente dans le RH
extrait (61 point GPS présents dans le RH extrait sur 65 observations). Pour les cours d'eau
correctement extraits, la précision géométrique moyenne de notre RH est de moins de 30 m.
69
G. Discussions
1. Composantes des bassins versants extraites Les composantes des bassins versants, résultats de la phase I du projet BVH, sont basées sur
le calcul du plan des directions d'écoulement (section D1). Ce dernier est issu d'une
extraction automatique à partir de données d'altitude. Il est difficile de produire des
résultats proches de la réalité à partir d’un MNT par une approche automatique d’extraction
des chemins d’écoulement (Che, 2005). Dans notre cas, une délimitation manuelle à partir
d'une carte topographique ou d'images satellites à très haute résolution spatiale (THRS) eut
été plus précise, mais elle aurait demandé beaucoup plus de temps et de données.
L’extraction automatique que nous avons retenue présente l'avantage d'être une méthode
reproductible, objective et homogène sur tout le territoire étudié, avec un biais humain
réduit à son minimum. Toutefois, elle n’est pas exempte d'erreurs.
Pour améliorer les résultats de l’extraction en plaine nous avons adapté le MNT ASTER avec
la couche « Rivière_Topo50.shp ». Cette donnée est probablement produite à partir de la
carte topographique de 1960 ce qui sous entend l’existences de modifications humaines et
naturelles du RH depuis cette date. En utilisant cette donnée, que nous avons modifiée pour
répondre à nos exigences, nous acceptons et reproduisons toutes les erreurs qu'elle
contient. Toutefois, le bénéfice tiré de l’utilisation de cette donnée pour guider notre
extraction en plaine nous semble supérieure aux nouvelles erreurs induites.
L'extraction du RH (section D2) a nécessité des choix de seuils (seuil d'accumulation et seuil
de nettoyage sur la pente) qui ont été réalisés à partir d'une expertise en photo‐
interprétation. Les images utilisées sont des images GE THRS datées entre 2005 et 2012. Le
RH haïtien fourni par le projet BVH s’appuie donc sur trois données élaborées à différentes
dates : « Rivière_Topo50.shp » (date inconnue et probablement multiples), le MNT ASTER
(de 2011) et les images GR THRS (prises entre 2005 et 2012). Il en résulte parfois des
incohérences temporelles avec lesquelles nous avons du composer.
Notre volonté de densifier au maximum le RH en montagne a nécessité la mise en place
d'une méthode de nettoyage automatique des cours d'eau en plaine (section D2‐3). Ce
nettoyage, basé sur les propriétés du relief dérivées du MNT (la pente des tronçons),
provoque un changement de densité du RH selon le relief. Ce changement, induit lors de la
70
modélisation du RH, est à prendre en compte lors de la caractérisation spatiale des BV
(phase II).
Par ailleurs, la densité d’un RH dépend aussi du climat, de la couverture végétale, de la
propriété lithologique des roches ainsi que des caractéristiques des sols (Vogt, 2003). Par
manque de temps et de moyens, nous avons privilégié l’hypothèse que le facteur du relief
est prédominant, et nous n'avons pas pris en compte ces autres facteurs de terrain. Il en
résulte que les données d'accumulation calculées pour extraire le RH (section D2‐2) ne sont
pas toujours réalistes. Ces valeurs d'accumulations ne tiennent pas compte de certaines
propriétés du RH telle que la capacité de transport des cours d’eau associé au processus
d'érosion et de dépôt alluvial. Toutefois, cette extraction permettra une caractérisation de
type géomorphologique du RH et des BV proposée en phase II de ce projet.
Le RH haïtien final est stocké en mode vectoriel (par coordonnées). Cela permet de stocker
le tracé, le chemin, la direction des rivières, mais pas leur largeur (qui n'est pas prise en
compte dans ce projet). Ce RH ne peut donc pas être utilisé pour les études hydrauliques, au
sens large. De plus, l'extraction est basée sur un raster, le MNT, avec une certaine taille de
maille. Cela a tendance à surestimer les distances des cours d'eau (calculées section E) à
cause du maillage du MNT (Paz et al., 2008). Le lissage des tronçons que nous avons mis en
place permet d'avoir un RH plus réaliste (mais sans référence fiable, nous ignorons de
combien) et de s'affranchir partiellement de ce problème.
Le calcul des aires des bassins versants (section E) est réalisé avec un système de projection
UTM. Une projection qui conserve les aires, comme la projection d'Albers Equal Area, aurait
été plus appropriée pour ce calcul. Cependant, au vu de la taille de notre zone d'étude, les
erreurs que nous faisons sont minimes.
D'après les rapides estimations de la précision géométrique du RH (section F), il semble que
plus de 90% des rivières réelles sont contenues dans notre RH extrait. Celui‐ci contient
moins de 10% de rivières erronées, qui ne sont pas observables sur le terrain. Pour les cours
d'eau correctement extraits, la précision géométrique moyenne de notre RH est de moins de
30 m. Cela vient essentiellement de l'utilisation d'un MNT avec une résolution spatiale de 30
m et des limitations de l'algorithme d’extraction en zone de faible relief. Par contre, la
topologie du réseau (son arborescence) est relativement robuste, ce qui nous permet
d’espérer une fiabilité des propriétés géomorphologiques qui pourront être déduites de la
phase II du projet BVH. La topologie d’un RH est une propriété centrale qui renseigne
efficacement sur les distributions spatiales, et indirectement temporelles, des flux d’eaux.
71
Cette évaluation de l'erreur moyenne ne prend pas en compte la précision, non homogène,
des composantes d'extraction. Nous savons que la proportion de rivières absentes ou
erronées est plus élevée dans les zones à faible relief et fortement marquées par les
modifications humaines (présence de nombreux canaux).
La phase I a répondu au cahier des charges qui lui était fixé, c'est à dire, fournir un
référentiel hydrographique haïtien. L'ensemble des BV haïtiens (y compris ceux frontaliers)
ont été cartographiés avec une résolution spatiale de 30 m. Tous les livrables sont
cohérents, issus du même MNT et d'algorithmes appliqués sur toute la zone d'étude.
Le RH a été extrait et nettoyé sur l'ensemble d'Haiti. Il est disponible en shapefile («
BVH_RH.shp ») et en raster (« BVH_RH.tif »). Des indicateurs simples sont disponibles pour
caractériser ce RH : la codification des ordres de Strahler et les longueurs des tronçons en
mètre.
Les limites de tous les BV ont été extraites et caractérisées simplement (calcul de l'aire, du
périmètre et de l'ordre de l'exutoire, disponible dans le shapefile « BVH_BV.shp »). Un
système de codification a été appliqué à tous les BV de plus de 50 km2, ce qui concerne 75
BV Haïtiens (« BVH_BVPfaf.shp »). Ce sont ces BV qui vont faire l'objet d'une caractérisation
spatiale plus approfondie lors de la phase II. La position de leur exutoire n'a pas été vérifiée
sur le terrain, par manque de temps. Néanmoins, elle est disponible en réalisant
l'intersection entre le RH et les limites de BV.
Le présent rapport explique dans les détails toutes les tâches nécessaires à l'obtention des
livrables. La phase I se terminera définitivement dans le courant du mois de mai par une
présentation des résultats et une formation en Haïti.
Une carte de synthèse de ces livrables sur l'ensemble d'Haïti permet d'observer les
principales rivières Haïtiennes (représentées selon l'ordre de Pfafstetter) avec la délimitation
des BV au premier ordre de la classification de Pfafstetter, codant les 4 plus grands BV
Haïtiens, et leurs exutoires (Fig. 46).
Figure 46 : Carte de présentation synthétique des livrables de la phase I (RH, ordres de Strahler, limites et exutoires des principaux BV, codification de Pfafstetter).
72
73
2. Limites de l’étude
Le MNT utilisé est issu d'un couple d’images stéréoscopiques (deux photographies d’une
même zone avec une prise de vue légèrement décalée) formant un Modèle Numérique de
Surface (MNS). Les MNS ne sont généralement pas conseillés pour l'extraction d'objets
hydrologiques en raison de la présence du sursol, c’est à dire des éléments de surface tel
que la végétation haute (souvent présente en bordure de rivière). Cependant, la version 2 de
ASTER GDEM que nous avons utilisé a été améliorée à partir des données RADAR SRTM
(Tachikawa et al.,2011) ce qui permet d’envisager son utilisation en hydrologique
(Hosseinzadeh, 2011). Toutes les techniques et notamment les plus utilisées tel que la
photogrammétrie et l’interférométrie (RADAR) aboutissent sur la construction d’un MNS. Le
« nettoyage » du sursol pour obtenir un MNT nécessite généralement d’appliquer un lissage.
Ainsi, des paramètres de lissage spécifiques pour une utilisation hydrologique permettrait de
s’affranchir avec plus de confiance des perturbations des objets de surfaces.
Le RH que nous avons produit est définit par un algorithme d'écoulement en simple flux
(selon la méthode de plus grande pente) à huit directions (cardinale et diagonale). Cela
privilégie la création artificielle de ruisseaux parallèles en zone plate (Turcotte et al., 2001).
Toutes les approches qui tentent de remédier aux inconvénients de la méthode de la
descente maximale remettent en cause, d’une façon ou d’une autre ses avantages, sans
permettre pour autant l’obtention d’un modèle de drainage exempt d’erreurs (Depraetère
et al., 1991). La multiplicité des écoulements possibles en présence de plusieurs pentes
égales vers les mailles voisines et l’existence des artefacts morphologiques (dépressions
parasites) sont le résultat, en partie, de l’interpolation et du mode d’échantillonnage
systématique des altitudes représentées par le MNT.
Par ailleurs l’algorithme d’écoulement unidirectionnel modélise des écoulements
convergents pour produire un réseau arborescent continu (Che, 2005 ). Les deltas forment
parfois des zones de convergence hydrographique qui ne peuvent être modélisées par cet
algorithme. Dans notre cas, par soucis de simplification, un delta est représenté par un
exutoire unique. Cette information peut avoir une grande influence sur le RH en plaine
associé. Il serait bon de vérifier les positions exactes des principaux estuaires haïtiens pour
préciser les productions de la phase I dans ces zones.
74
Nous utilisons un algorithme d’extraction se basant sur la présence d’un exutoire pour
extraire les limites des BV. La position des exutoires est obtenue à partir des directions
d’écoulement. Ainsi, une erreur de positionnement de l’exutoire entraîne une mauvaise
estimation des limites des BV. Nous savons que dans les zones plates, la position des
exutoires est discutable. Nous observons dans ces zones une succession d’exutoires proches
qui pourrait être les composantes d’un exutoire unique formant un BV de plus grande taille.
Toutefois ces situations, bien quelles entraîne une incertitude sur les limites des BV, sont
peu fréquentes
La zone de Cul de Sac et l'exutoire de l'Artibonite sont très anthropisés (modifications
humaines importantes), avec de nombreux canaux qui viennent modifier le parcours des
eaux de surface de ces BV. La méthode automatique d'extraction des RH à partir de données
d'altitude ne peut pas capturer ces réseaux artificiels. N'ayant pas de données fiables sur la
position et le nombre des canaux, nous avons fait le choix de modéliser le réseau naturel. En
effet, ces canaux (artificiels) ne rendent pas compte de la dynamique naturelle de la
ressource en eaux de surface que les services haïtiens souhaiteront gérer. Ils doivent,
comme d’autres particularités anthropiques, être pris en compte dans une analyse
hydraulique ultérieure, seulement.
Néanmoins, certains canaux sont présents dans la couche vectorielle « Riviere_Topo50.shp
», et il n'a pas été possible de tous les supprimer, seuls les canaux majeurs, ayant un
exutoire, ont été conservés. Le RH est donc partiellement guidé le long de ces canaux,
notamment à proximité de certains exutoires. Le résultat final est donc le RH naturel dans la
plupart des régions, avec quelques canaux dans les zones très marquées par la présence
humaine.
Nous avons fait l'hypothèse forte que les lacs se déversent tous dans la mer. Or, ce n'est pas
le cas de l'Étang Saumâtre, le plus grand lac naturel du pays, à l'Est de la plaine du Cul de
Sac. Ce lac de 181 km2, n'a pas d'exutoire (US Army Corps, 1999). Il est bon de retenir qu’il
n’aura pas le même fonctionnement que la plupart des autres BV haïtiens.
Par ailleurs, les lacs, zone surfacique plate, ne peuvent pas être correctement représentés
par les polylignes (ensembles de lignes droites jointive) de notre RH. Cette approximation
fausse la sinuosité réelle des cours d'eau à cet endroit. Cet aspect devra être gardé en
mémoire lors de la caractérisation spatiale en phase II.
Comme tout travail d’analyse et de modélisation, il est important de s'appuyer sur un «
savoir d'expert » ou sur des données de terrain fiables pour valider le modèle qui a été
élaboré. Il n’existe pas de méthode automatique qui soit infaillible, et un certain degré de
75
jugement (donc de subjectivité) est inévitable (Shrestha et al., 2006). La première estimation
de la qualité du RH a été réalisée à partir d’images THRS de Google Earth. Ce produit n'a
malheureusement aucun engagement de précision (pas d'estimation de l'erreur
géométrique), et ne permet pas de conclure avec confiance sur la qualité finale du RH
haïtien fourni par le projet. Nous faisons l'hypothèse que l'erreur géométrique est faible et
non biaisée et nous la négligeons par rapport à l'erreur que nous souhaitons mesurer. Les
données de validation que nous avons obtenu à l'aide de la collaboration des services haïtien
ont confirmé cette erreur géométrique.
Dans les deux cas, le nombre de points de validation est faible et rend audacieux une
généralisation de la qualité des produits. Cependant il est intéressant de remarquer que ces
deux méthodes, complètement différentes, aboutissent à une estimation comparable de
l'erreur géométrique moyenne.
3. Recommandations Le RH haïtien final produit dans cette phase I du projet BVH s’est avéré sensible à la qualité
du MNT utilisé. La reconstruction d'un MNT à partir de données brutes en choisissant une
méthode d'interpolation et un mode d'échantillonnage optimisé pour une utilisation
hydrologique (minimisant notamment les erreurs de pentes) permettrait d'extraire un RH
géographiquement (et probablement topologiquement) plus précis (El Hage et al., 2010).
La réalisation d'une couche vectorielle de référence actualisée et vérifiée sur le terrain,
permettrait d'augmenter la précision géométrique du RH de Haïti. Cependant, cette couche
devra répondre dans un premier temps aux exigences de notre extraction (notamment sans
delta ni de lit de rivière). A cet égard, une analyse plus détaillée des zones d’estuaires
permettrait de mieux comprendre les fonctionnements de ces zones souvent anthropisés, et
donc des BV qui les contiennent.
Par manque de temps et de moyens, nous n'avons pas pu faire de classification d'occupation
des sols, mais une telle classification offrirait une information complémentaire précieuse
pour la caractérisation des BV. Lors des phases suivantes du projet BVH, nous utiliserons si
possible des produits mondiaux accessibles (comme GlobalCover, 2009) pour avoir un
aperçu de cette information.
Il est intéressant de quantifier l'utilité du marquage des rivières (stream burning), la
sensibilité du seuil d'accumulation ou l'effet du nettoyage sur des indicateurs simple. Ce
76
travail n'a pas été effectué mais la sauvegarde et la transmission de tous les résultats
intermédiaires permettent de les réaliser a posteriori.
Une validation du RH et des limites de BV fournie, sur un nombre de points plus important
et s'appuyant sur un réseau de référence vérifié sur le terrain, permettrait d'estimer plus
précisément la qualité des extractions du projet BVH.
77
Conclusion
La phase 1 du projet BVH se termine ici. Elle avait pour objectif central de décrire et
cartographier, rapidement mais aussi le plus précisément possible, la ressource en eaux de
surface dont dispose le pays d’Haïti. C’est chose faite, avec la donnée la plus récente (2011)
et la plus précise (une seconde d’arc) que nous avions à notre portée, et avec les dernières
méthodes disponibles pour l’extraction automatique des RH et des limites de BV. Ces deux
produits finaux, ainsi que les sous‐produits naturels de cette phase (telle que le trait de côte,
la direction des écoulements, l'accumulation des écoulements des eaux de surface, le RH
lissé, l'ensemble des limites des BV et leur codes selon la codification de Pfafstetter) ont un
autre avantage indéniable sur ceux des précédentes études hydrologiques en Haïti : ils sont
homogènes. C’est cet avantage qui permet de parler d’un « référentiel » hydrographique
commun au pays.
Leurs incertitudes ont été estimées et, même si le résultat reste perfectible, il s’avère très
précis (deux tiers des points de validation par photo‐interprétation et 90% des points de la
vérité terrain sont situés en moyenne à moins de 30 m du tronçon de rivière extrait). Cette
étude a également permis d’identifier les 75 BV de tailles supérieures à 50 km², couvrant les
4/5ème du pays. Ces principaux BV alimentent les centres névralgiques d’Haïti, et regroupent
ceux sur lesquels les phases suivantes du projet pourront porter.
C’est une autre qualité du projet BVH que d’espérer ultimement offrir une vision
complémentaire de ces objets complexes que sont les BV. Les analyses géomorphologique
(Phase II), hydrologique (PIII), et climatologique (PIV), augmentées d’une phase statistique
finale (P5) réalisant la synthèse de notre connaissance des BV haïtiens viendra clore l’effort
de production d’un référentiel hydrologique (au sens large) d’Haïti. A terme, il est même
probable que ce soit aussi la vision actuelle que nous avons de l’objet BV qui soit revisitée
avec succès.
78
Bibliographie
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https://www.cia.gov/library/publications/the‐world‐factbook/
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Annexe I : Liste des livrables Nom ext. Description Explication
Riviere_Topo50 shp Donnée initiale fournie par le CNIGS contenant le tracé des rivières principales et secondaires d'Haïti. C1
OSM_RH_Haiti shp Réseau Hydrographique (RH) de la banque de données Open Street Map C1
BVH_ASTER tif Mosaïque ASTER GDEM2 projeté en UTM 18N en utilisant l’algorithme de re‐échantillonnage « bi‐cubic ». D1‐4
BVH_Trait_de_Cote shp Polygone délimitant le trait de côte extrait à partir de « BVH_ASTER.tif ». D1‐4
BVH_ASTER_NoWater tif MNT ASTER avec NoData pour la mer. D1‐4
BVH_Zone_Etude shp Polygone délimitant la zone d'étude. D1‐4
BVH_Masque_Haiti shp Polygone délimitant les limites d'Haïti. D1‐4
BVH_Riviere_Topo50_cor shp « Riviere_Topo50.shp » corrigée afin de pouvoir être utilisée pour le « Stream Burning ». D1‐5
BVH_ASTER_Adapte tif
« BVH_ASTER_NoWater.tif » incisé selon « BVH_Riviere_Topo50_cor.shp » avec une profondeur d'incision de 100m. D1‐5
BVH_Flow tif Raster contenant les directions d'écoulement calculé à partir de « BVH_ASTER_Adapte.tif » et l'outils « Flow Direction » D1‐6
BVH_Accu tif Accumulation calculée à partir de la direction des écoulements « BVH_Flow.tif» D2‐2
BVH_AccuS10 shp RH extrait en seuillant l'accumulation à 10 pixels. Correspond au RH avant l'étape de nettoyage. D2‐2
BVH_RH shp
RH final sur l'ensemble de notre zone d'étude. Obtenu après seuillage de l'accumulation à 10 pixels et nettoyage avec un seuil de pente de 0.05. D2‐3
BVH_RH tif
RH final en raster, avec une taille de maille comparable à la donnée ASTER. Les pixels contiennent l'information de l'ordre de Strahler D2‐3
BVH_RH_Lisse shp RH lissé avec une taille de fenêtre glissante de 3 pixels D2‐4
BVH_Basin tif BV d'Haïti extrait avec l'outils « Basin » et la direction d'écoulements « BVH_Flow » D3‐1
BVH_BV shp
Ensemble des BV d'Haïti en shapefile. Contient l'information de l'aire, le périmètre, l'ordre de Strahler de l'exutoire et la codification Pfafstetter si BV codé D3‐4
BVH_Pfaf1 shp Premier ordre de la codification de Pfafstetter D3‐4
BVH_Pfaf2 shp Deuxième ordre de la codification de Pfafstetter D3‐4
BVH_Pfaf3 shp Troisième ordre de la codification de Pfafstetter D3‐4
BVH_BVPfaf shp BV et interbassins codés selon la codification de Pfafstetter. D3‐4
script python ‐ ArcGIS9.3 :
StreamBurning py Abaisse l'altitude des pixels d'un MNT qui se trouvent sur le tracé d'une rivière. D1‐3
ExtractHydro py Extrait le RH et les limites des BV à partir d'un MNT. D1‐4
SlopeCleaning py Nettoie le RH des petits ordres créés en zone à faible relief. D2‐2
données issus du Projet BVH - 2012
Annexe II : Modification du réseau de référence pour appliquer la méthode du « Stream Burning ».
1. Matériels et méthodes La correction de « Riviere_Topo50.shp » s’est appuyée sur deux sources d’information. Les
images Google Earth dans le logiciel libre QuantumGis (plugging OpenLayer) et la couche
vectorielle extraite d’ Open Street Map (OSM) des RH sur Haiti nommée
« OSM_RH_Haiti.shp » (Annexe I). Cette solution technique nous a permis d’afficher nos
couches vectorielles directement sur les images Google Earth. La couche OSM a servi d’appui
et parfois de complément à la couche « Riviere_Topo50.shp ». Les modifications apportées à
« Riviere_Topo50.shp » ont été faite sous ArcGis 9.3 qui offre des outils adaptés à la
modification de couche vectorielle.
Remarque : Le service « Esri Maps and Data group provides » donne accès à des bases de
données de couches cartographiques sur internet. Il est possible d’afficher un fond d'images
satellites. Cette solution aurait permis de travailler uniquement sous ArcGis 9.3 mais les
images satellites disponibles sur la zone d’Haïti n’ont pas une précision spatiale suffisante
pour observer correctement les rivières.
2. Correction des bandes actives Le RH Haïtien présente un nombre important de rivières ayant une morphologie en tresse.
Face à cette réalité terrain, le choix des auteurs de la couche « Riviere_Topo50.shp » a été
de digitaliser la bande active des rivières et parfois les bancs alluviaux (Fig. 47).
Figure 47 : Exemples de digitalisation de bande active dans la couche « Riviere_Topo50.shp »
83
Un tel tracé se traduit hydrologiquement par l’existence de deux rivières en fond de vallée
l’une recevant tous ses affluents en rive gauche et l’autre recevant tous ses affluents en rives
droites. Les bancs alluviaux quant à eux constituent des boucles de flux.
La correction consiste à remplacer les deux limites des bandes actives par une rivière tracée
visuellement au centre de la bande active et à reconnecter les affluents à cette dernière (Fig.
48).
Figure 48 : Exemple de correction d’une bande active. En bleu, l'ancien tracé de « Riviere_Topo50.shp » et en orange, le tracé corrigé. En ce qui concerne les bancs alluviaux de petites tailles, vu leur échelle et leur nature
éphémère, ils ont été supprimés. On peut noter que ce type de modification a été le plus
important en nombre de rivières retouchées.
3. Correction des boucles de flux engendrées par la présence d’îlots
Certains cours d’eau présentent des dédoublements occasionnés par la présence d’îlots
centraux (Fig. 49). Dans cette situation la correction consiste à choisir le chenal qui parait
actif en observant les images GE et obtenir une rivière unique. Toutefois, ces cas sont assez
rares et constituent une correction mineure.
84
Figure 49 : Exemple de correction des boucles de flux. En bleu, l'ancien tracé de « Riviere_Topo50.shp » et en orange, le tracé corrigé.
4. Complément de rivière à partir de la couche « OSM_RH_Haiti.shp »
On peut observer des lacunes ou même l’absence de cours d’eau d’ordre important dans la
couche “Riviere_Topo50.shp”. Ces lacunes ont pu être complétées par la couche
« OSM_RH_Haiti.shp » dans laquelle les cours d’eau d’ordre important sont correctement
digitalisés.
Il a été possible de numériser quelques tronçons manquants en s’appuyant directement sur
la couche « OSM_RH_Haiti.shp » en utilisant l’outil « Snap » sur cette couche. Toutefois, les
tronçons de longueur plus importante ont directement été copiés depuis
« OSM_RH_Haiti.shp » puis collés dans « Riviere_Topo50.shp ». Les affluents se trouvant à
proximité du nouveau tronçon ont été connectés (Fig. 50).
Cette opération tend à améliorer la couche « Riviere_Topo50.shp » mais cet apport reste
limité à quelques rivières.
85
Figure 50 : Exemple d’ajout d’une rivière extraite de « OSM_RH_Haiti.shp » dans la couche « Riviere_Topo50_cor.shp ». En bleu, l'ancien tracé de « Riviere_Topo50.shp », en jaune « OSM_RH_Haiti.shp » et en orange le tracé corrigé.
5. Suppression des canaux
Nous avons choisi de supprimer tout canal qui constitue une dérivation à un canal principal
(Fig.51). Le canal principal a été identifié comme ayant un exutoire en mer et prenant le plus
court chemin pour être connecté au réseau naturel en amont. Bien entendu, la taille du
canal a aussi influencé ce choix.
Figure 51 : Suppression de canaux dans le BV du Cul de Sac. En bleu, l'ancien tracé de « Riviere_Topo50.shp » et en orange, le tracé corrigé.
En effet les canaux de dérivations forment des boucles de flux et connectent des BV entre
eux, ce qui n’est pas modélisable. L’ensemble de ces modifications nous a permis d’obtenir
une couche vectorielle en shapefile sans aberration hydrologique et pouvant être utilisée
pour guider l'extraction de composantes des BV. Cette étape a demandé quatre jours de
travail. À ce niveau il ne s’agit pas d’une amélioration de la couche « Riviere_Topo50.shp »
par rapport à une réalité de terrain mais bien d’une modification afin de la rendre
hydrologiquement modélisable. Cette couche est nommée dans ce rapport
« Riviere_Topo50_cor.shp » (annexe I).
86
