Soutenance mémoire
Cartes des chemins de moindre coût
METHODOLOGIE
Situation géographique
Le présent travail se déroule sur un secteur d’environ 10 km2 à l’Est du canton de Genève.
Fig 1 : Situation géographique de notre zone d’étude. En bleu, les étangs présents sur le secteur :
1. Etangs du Golf de Bessinge 6. Réserve des Creuses 11. Etang relais 2 (Ouest)
2. Etangs de la Hoirie Borel 7. Etang du Pré de l’Oie
3. Le Miolan 8. Etang de M. Foëx
4. Marais du Château 9. Etang de la Clinique Bel-Air
5. Marais du Sionnet 10. Etang relais 1 (Est)
Données informatiques SIG
Présentation des données
Provenance :
Les données utilisées pour ce travaillent proviennent en majorité de la base de donnée du cadastre Genevois (www.sitg.ch) disponible par la connexion en réseau par ArcGIS 10. Nous avons également utilisé des données provenant du conservatoire du jardin botanique et des données informatiques créées spécialement pour le projet MARVILLE, disponible auprès d’HEPIA (couche points de localisation des étangs étudiés).
Couches utilisées :
De nombreuses couches ont été utilisées pour mener à bien la réalisation des différentes cartes. Ci-dessous un bref récapitulatif des différentes couches utilisées ainsi qu’une brève description.
– CJB.SIPV_MN_CARTO_TOT (Polygone) : Couche regroupant les différents milieux du canton de Genève. Couche fournie par le conservatoire du jardin botanique.
– sde_sig.SITG.CAD_DOMROUTIER_REVET_NIV0 (Polygones) : Couche représentant le domaine routier au niveau du sol.
– sde_sig.SITG.GMO_GRAPHE_ROUTIER (Polyligne) : Couche mettant en avant le tracé des différentes routes du canton.
– sde_sig.SITG.CAD_COUVERTURE_SOL_BASSE (Polygone) : Couche définissant les différents types de nature du sol présents sur le territoire genevois. Couche ressemblant à celle du jardin botanique mais moins précise en ce qui concerne la végétation.
– sde_sig.SITG.CAD_BATIMENT_HORSOL (Polygones) : Couche
représentant l’emprunte des bâtiments hors-sol. Contient la hauteur des bâtiments.
– sde_sig.SITG.CAD_OBJETDIVERS (Polylignes) : Couche contenant les objets du domaine privé ne pouvant être répertoriés dans la couche « couverture du sol ».
– sde_sig.SITG.LCE_GRAPHE_EAU_ECOMORPHOLOGIE(Polylinges) : Couche représentant le tracé des cours d’eau contenant en attributs les caractéristiques écomorphologiques.
– sde_sig.SITG.LCE_GRAPHE_EAU (Polylignes) : Couche reprenant le tracé complet des cours d’eau (à l’air libre et enterrés-canalisés).
– Etangs (points): Couche localisant les étangs étudiés dans le cadre du projet. (relevé GPS par l’institut Terre-Nature-Environnement)
Nous avons également utilisé une couche de type « Points » regroupant les étangs étudiés pour le projet à laquelle nous avons ajouté deux étangs pas étudiés mais qui pourraient jouer un rôle important.
Il est important de noter que toutes ces couches sont complémentaires les unes aux autres et qu’il a été nécessaire de les utiliser chacune à un moment ou à un autre de notre travail.
Remarque importante : la pente n’a pas été prise en compte pour ce travail.
Préparation des données au géotraitement :
Après avoir sélectionné les différentes couches ainsi que les différents objets dont nous allons nous servir pour construire la carte de résistance, il a fallu apporter quelques modifications. Pour commencer, nous devons construire la carte de base qui servira à l’élaboration de la carte de résistance définitive.
Nous sommes partis de la carte des milieux du jardin botanique car il s’agit de la carte la plus précise concernant le type de milieu. Nous l’avons considérée comme « carte de fond » sur laquelle on ajoute les différents objets présents sur le secteur. Pour ajouter ces différents objets, nous avons dû les extraire à partir des autres couches à disposition. Par exemple, concernant la migration des amphibiens, il a été jugé important de tenir compte des trottoirs considérés comme obstacle à leur migration. Or, l’élément « trottoir » est disponible sur la couche « couverture du sol ». Il a donc fallu extraire les trottoirs de cette couche et les superposer à la carte des milieux. Malheureusement, il n’y a aucune information concernant l’abaissement éventuel du trottoir ce qui constitue une légère source d’erreur. Chaque élément extrait constituera une nouvelle couche.
Pour obtenir une carte de résistance (format raster), nous devons travailler principalement sur des polygones. Or, certains attributs, notamment concernant les routes et les cours d’eau, ne sont disponibles que sur les couches en format polylignes. En effet, nous avons accordé une importance au type de routes présentes sur le secteur étudié (route principale, route secondaire et route de quartier) ainsi que la largeur du cours d’eau (ruisselet, ruisseau, rivière, fleuve). Nous avons extrait la chaussée de la couche « domaine routier » pour les routes et les cours d’eau de la couche « couverture du sol ». Cette étape effectuée, nous avons réalisé une jointure « par emplacement » afin de faire correspondre les attributs des polylignes aux nouveaux polygones. La condition a été de transférer tous les attributs de la couche polyligne la plus proche des polygones. Si nous n’avons pas rencontré de problème pour les cours d’eau, nous avons eu quelques soucis concernant le transfert des attributs du graphe routier sur la chaussée. Ce qui a conduit à un remodelage important des routes afin de les attribuer correctement mais manuellement.
Nous avons également considéré les murs et les marches d’escaliers comme obstacle à la migration des amphibiens et des odonates. Ces deux objets appartiennent à la couche « objets divers » qui est de type polyligne. Il nous a donc fallut en faire des polygones. Pour cela, deux solutions s’offrent à nous : soit nous utilisons l’outil de transformation disponible dans ArcGIS 10 dans la Toolbox « gestion de données » (« Data management ») soit nous créons un buffer autour des lignes. Dans notre cas, nous avons utilisé un buffer. Cette solution nous a permis d’exagérer l’épaisseur des murs et de faire des polygones uniquement sur les escaliers. Nous détaillerons cette idée dans le chapitre suivant.
Les éléments réunis, nous avons réalisé un clip sur le secteur étudié, permettant de découper toutes les couches présentes sur un secteur donné. Pour ce faire, il faut créer un périmètre à l’aide de l’outil « dessin » que nous transformons en entité afin de pouvoir l’utiliser comme « forme du clip ».
Géotraitement
Carte de résistance à la migration:
Une fois que toutes nos données sont prêtes pour la réalisation de la carte de résistance, nous devons d’abord réaliser une « carte de résistance vecteur ». En effet, la carte de résistance se présente sous format raster. Il s’agit d’une grille dont chaque cellule a une valeur de résistance attribuée. Cette valeur de résistance dépend du milieu que l’animal traverse ou de l’obstacle qu’il rencontre (dans ce cas, il s’agira d’une difficulté à surmonter). Pour ce faire, nous avons donc superposé toutes nos couches créées dans la préparation des données et faire une union entre elles. L’union permet de regrouper sur une couche toutes les couches utilisées en conservant tous les attributs de tous les éléments de toutes les couches.
Il est important de noter que le coût dépensé par un individu d’un des deux groupes pour se déplacer entre deux sites n’est pas linéaire et dépend principalement du milieu traversé (Joly P. et al. (2003)).
Ainsi, grâce à la participation de différents experts en amphibiens et odonates, nous avons pu attribuer à chaque objet et milieux une valeur de résistance allant de 1 à 10. L’ordre d’attribution a également été important car, un polygone pouvant être à la fois « herbe » et « eau » ou « bâti » et « bâtiment », la dernière valeur attribuée doit être la valeur définitive. Nous avons donc attribué les éléments dans l’ordre suivant :
Milieu Cours d’eau Etang Piscine mur trottoir escalier route (hiérarchie) bâtiment (pour les odonates : par hauteur)
Les valeurs de résistance sont enregistrées dans un nouveau champ de notre couche « union ».
Remarque : en ce qui concerne les route, nous avons considéré que plus la hiérarchie est élevée, plus il y a de traffic.
Une fois que les valeurs de résistance ont été attribuées, nous avons converti la carte union en raster en utilisant le champ « Résistance » comme valeurs de cellule et nous effectuons une résolution de 1.00 mètre.
Afin que la cellule obtienne la bonne valeur de résistance, il faut que son centre soit occupé par l’élément qui nous intéresse. C’est pourquoi, nous avons effectué un buffer autour des murs : l’épaisseur des murs convertis en polygone n’excédait pas 30 cm. La probabilité qu’un élément aussi petit tombe au milieu de la cellule est relativement faible. Grace au buffer de 80 cm, nous avons exagéré l’épaisseur des murs à 1.60 m. Avec ce procédé, nous sommes sûrs que le mur tombe au milieu de la cellule. Toutefois, ce procédé conduit à quelques erreurs cartographiques : le recouvrement d’un petit trottoir par le buffer du mur par exemple. C’est pourquoi nous avons attribué le trottoir après le mur. Le polygone à la fois trottoir est mur aura la résistance du trottoir. De plus, grâce au buffer le mur est toujours présent. Un autre problème est la formation de murs continus. Des passages relativement étroits encadrés de deux murs deviennent des barrières infranchissables. Pour contourner ce problème, il faut reprendre la couche des murs « bufferisés » et découper ces emplacements. Une fois la carte de résistance format vecteur réalisée, nous la convertissons en raster afin d’obtenir la carte qui nous permettra de réaliser le reste de nos cartes.
Nous avons réalisé en tout trois cartes de résistance : une pour les odonates et deux pour les amphibiens. Concernant ces derniers, nous avons établis une carte avec la valeur moyenne en utilisant les notes attribuées par les experts pour les murs et bâtiments et une deuxième où on les considère comme « barrières absolue » (Joly P. et al. (2003)) avec une valeur de résistance très élevée (10’000). Ce cas ne s’applique pas au groupe des odonates car aucun élément n’est considéré comme « barrière absolue » dans notre liste. Ceci sera expliqué dans le chapitre 3.2.2 : carte des chemins de moindre coût.
Carte des chemins de moindre coût (connectivité fonctionnelle)
Afin d’avoir une idée de la connectivité fonctionnelle qu’il existe entre les étangs de notre secteur, il a fallu établir des chemins « de moindre coût ». Ces chemins représentent le trajet entre une source et une (ou plusieurs) destination suivi par l’amphibien ou l’odonate afin qu’il lui coûte un minimum d’effort. A chaque fois que l’animal traverse une cellule, il dépense un certain coût en effort, correspondant au coefficient de résistance enregistré lors de la création de la carte de résistance. Le coût total dépensé entre deux étangs correspond à la somme cumulée des résistances de l’étang source à la destination et doit être le plus faible possible.
Les chemins de moindre coût s’appuient sur deux cartes différentes :
– une carte de distance de coût qui va cumuler les coûts autour d’une source en fonction des valeurs de résistance sans tenir compte d’une direction.
– Une carte d’antécédence de coût qui va favoriser une direction permettant d’effectuer un chemin peu coûteux. Dans ce cas, le programme tient compte de la valeur des cellules qui entourent la cellule dans laquelle l’animal se trouve.
Les deux cartes sont construites à partir de la carte de résistance.
Ces chemins vont nous permettre de suivre un tracé hypothétique de la migration d’espèce. Ceci nous aidera à localiser des emplacements se trouvant sur le chemin de migration nécessitant un aménagement particulier.
Cependant, comme ces chemins tiennent compte d’un coût cumulé, il sera peut être moins coûteux de traverser un obstacle possédant une résistance de 10 plutôt que de la contourner. C’est pourquoi les chemins ont été faits à partir des deux cartes de résistance. Nous avons pu observer quelques différences, notamment avec le contournement des murs par certains endroits. C’est pourquoi, afin de contourner ce problème, nous avons effectué une carte où les murs et les bâtiments ont une résistance très élevée.
Carte de connectivité spatiale:
Les cartes de connectivité spatiale ne sont en fait que des cartes de distance de coût auxquelles nous avons attribué un coût limite. Pour les amphibiens, leur capacité de dispersion varient entre de moins de 100 m à plus de 1500 m (Lehtinen et al. 1999) mais nous choisissons comme valeur minimale 500 m et comme valeur maximale 1500 m. Pour notre étude, nous choisissons 1000 m comme valeur minimale et 10’000 m comme valeurs maximale (Oertli B, comm. Oral).Selon Ray (1999), le coût limite est calculé par la multiplication de la capacité de dispersion maximale du groupe avec le coût minimal présent sur la carte.Coût limite (coût) = capacité de dispersion max (m) x coût minimum (coût /m)Il va en résulter une carte représentant les secteurs au sein desquels l’amphibien ou l’odonate sera capable de se déplacer pour trouver un point d’eau.
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Table des matières
1. REMERCIEMENTS
2. INTRODUCTION
2.1 Présentation du stage
2.2 Présentation du projet MARVILLE
2.3 Présentation du travail
2.3.1 Objectifs
3. METHODOLOGIE
3.1 Situation géographique
3.2 Données informatiques SIG
3.2.1 Présentation des données
3.2.1.1 Provenance
3.2.1.2 Couches utilisées
3.2.2 Préparation des données au géotraitement
3.3 Géotraitement
3.3.1 Cartes de résistance à la migration
3.3.2 Cartes des chemins de moindre coût (connectivité fonctionnelle)
3.3.3 Cartes de connectivité spatiale
4. RÉSULTATS
4.1 Carte des milieux
4.2 Cartes de résistance
4.3 Cartes de connectivité spatiale
4.4 Cartes des chemins de moindre coût
4.4.1 Carte globale des chemins
4.4.2 Carte des chemins croisés
4.4.3 Test de fiabilité des chemins
5. DISCUSSION
5.1 Analyse des différentes cartes obtenues
5.2 Fiabilité du modèle de connectivité
5.3 Améliorations possibles
6. CONCLUSION – PERSPECTIVES
7. RÉFÉRENCES
8. ANNEXES
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