Optimisation des temps de traitement d’un outil de détermination de l’état hydro-géomorphologique (outil MQI)

L’ensemble des hydrosystèmes français, mais aussi européens, ont subi d’importantes dégradations au cours du temps, aussi bien d’un point de vue écologique que d’un point de vue physique. La lutte contre les phénomènes d’inondations s’est par exemple traduite par la création de couloirs endigués ; l’espace de mobilité de certains fleuves et rivières s’est alors fortement réduit, le cours d’eau se retrouvant privé d’une partie de son lit majeur. Dans le même temps, il est possible de citer l’extraction de sédiments, autorisée jusqu’à l’arrêté de 1994 relatif à l‘interdiction de l’extraction des matériaux dans le lit mineur des cours d’eau (Légifrance), qui s’est caractérisée par des phénomènes d’incisions plus ou moins importants. De même, il est possible d’évoquer la création de barrages pour l’hydroélectricité, qui impactent la continuité des débits liquide et solide d’un cours d’eau, ou encore le développement de la navigation fluviale qui s’est traduite par exemple par la mise en place d’épis, de duits, ainsi que par des travaux de canalisation des rivières. L’ensemble de ces exemples constitue une liste non exhaustive illustrant les impacts de certaines pressions d’origines anthropiques, dont les effets perdurent encore aujourd’hui, sur les hydrosystèmes. Cela explique en partie la dégradation de la qualité globale des milieux aquatiques. C’est à partir de ce constat que la réglementation visant à mieux les protéger s’est développée. Cela se traduit de manière concrète avec la Loi sur l’eau et les milieux aquatiques de 1992, à travers l’apparition par exemple des schémas directeurs d’aménagement et de gestion des eaux (Légifrance). Plus récemment, il est possible de citer la déclaration européenne cadre sur l’eau de 2000, retranscrite dans le droit français en 2006, qui fixe des objectifs d’atteinte du bon état pour l’ensemble des masses d’eau en France. Un des buts de ces diverses règlementations est d’évaluer le plus précisément possible l’état d’un milieu aquatique afin de déterminer, par la suite, les objectifs de restauration et la manière de les atteindre. Se baser sur les processus hydro-sédimentaires, éléments essentiels du fonctionnement des hydrosystèmes constitue également une solution pour restaurer la qualité écologique du site par la suite. C’est sur la base de ce postulat de départ que ce rapport s’articule, tout en s’intégrant dans un projet de plus grande échelle, le projet R-TEMUS : Restauration du lit et Trajectoires Ecologiques, Morphologiques et d’Usages en Basse Loire. Le travail développé au sein de ce rapport de projet de fin d’étude (PFE) s’intéresse à la manière d’optimiser les temps de traitement d’un outil nommé Morphological Quality Index (MQI) permettant de réaliser une analyse précise de l’hydromorphologie d’un site (Rinaldi et al., 2013).

Contexte de l’étude 

Présentation du projet R-TEMUS

Cette étude s’intéresse à la Loire, le plus long fleuve de France, qui prend sa source au sudest du Massif central, et traverse la région Centre avant de rejoindre son embouchure sur la côte Atlantique, après un parcours d’environ mille kilomètres. Considérée comme le « dernier fleuve sauvage d’Europe » dans divers écrits, tels qu’au sein d’articles rédigés par la mairie de Nantes ou encore par des journaux de la région Centre, la Loire n’en reste pas moins soumise à de nombreuses pressions d’origine anthropique. La Loire présente en effet encore des processus hydrosédimentaires qui ne sont plus visibles sur d’autres grands fleuves français, mais elle n’en reste pas moins soumise à certaines pressions anthropiques. Des constructions d’épis, radiers, barrages, couloirs endigués ont été mis en œuvre, des extractions de sédiments ont été effectuées, des berges ont été aménagées pour ne plus être érodées, la ripisylve a subi d’importantes modifications, etc. Ainsi, l’ensemble du fonctionnement de cet hydrosystème subit des pressions. Cela se traduit notamment par une modification du transport sédimentaire de la Loire. Un phénomène d’incision d’un chenal préférentiel au détriment des autres chenaux se met alors en place (Bazin et Gautier, 1996), la Loire se caractérisant par un style fluviatile à chenaux multiples sur sa partie moyenne et basse. Mais, ces phénomènes d’incision sont communs à l’ensemble des fleuves français qu’ils soient à chenaux uniques ou multiples, et ils engendrent de nombreux problèmes pour les ouvrages présents dans le lit mineur ou majeurs de ces cours d’eau comme les ponts ou digues. Ce phénomène est visible sur la Loire mais aussi sur le Rhône par exemple (ArnaudFasseta, 2003). Il en résulte aussi, pour les cours d’eaux à chenaux multiples comme la Loire, une modification progressive du style fluvial vers un cours d’eau à chenal unique. En effet, de par la déconnexion des chenaux secondaires suite à leur incision, ils vont être alors fortement colonisés par la végétation. La dynamique de succession de la végétation riparienne (végétation pionnière, forêt de bois tendre, puis forêt de bois dur) est alors impactée pour ces milieux moins soumis aux crues, ce qui entraîne leur fermeture par la végétation de manière progressive (Bornette et al., 1996).

Pour lutter contre l’implantation de la végétation dans les annexes fluviales, diverses actions sont mises en œuvre, avec différents travaux d’entretien par exemple, pour éviter que ces chenaux ne se referment. Ces actions peuvent êtres couplées avec des programmes scientifiques afin de comprendre leurs répercussions sur le milieu et les optimiser (Rodrigues et Gautier, 2007).

C’est ainsi sur la base d’un double constat que le projet de recherche, dans lequel s’intègre ce rapport, a été mis en place. Le lit de la Loire s’incisant au fil du temps, et les effets de la marée dynamique se faisant ressentir de plus en plus en amont, comme cela sera détaillé plus en détail dans la prochaine section, des travaux pour limiter ces phénomènes doivent être effectués. C’est ainsi qu’a été mis en place le projet R-TEMUS : Restauration du lit et Trajectoires Ecologiques, Morphologiques et d’Usages en Basse Loire. L’objectif est d’adopter une approche interdisciplinaire afin d’approfondir les connaissances sur le fonctionnement de la basse Loire. Ce projet résulte d’une coopération, dès l’année 2011, entre divers acteurs du territoire à savoir l’Université de Tours, anciennement appelée Université François Rabelais, l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne (AELB), le Groupement d’Intérêt Public Loire Estuaire (GIPLE), les Voies Navigables de France (VNF) et la Région Pays de la Loire (Rodrigues, 2016). Un programme d’aménagement de grande ampleur porté par VNF via le Contrat pour la Loire et ses Annexes (CLA) est donc chargé de cibler des actions sur le lit mineur et des actions de restauration des bras secondaires/bras morts sont portées par le CEN. C’est dans ce contexte que le programme de recherche R-Temus se greffe afin de déterminer l’état initial du site et les conséquences des aménagements sur le milieu.

C’est sur le développement du premier paramètre que ce rapport sera axé, à savoir l’étude du contexte abiotique de la basse Loire. Il correspond à la création d’une synthèse morphologique à grande échelle sur le secteur d’étude. Cette synthèse a pour objectif de visualiser l’état des connaissances et des données manquantes afin d’établir un état initial avant travaux et de proposer une méthode d’évaluation de la qualité morphologique.

Ce site d’étude est particulièrement intéressant car il est sujet aux problèmes d’incision pour les raisons détaillées précédemment. De plus, sur ce secteur, l’incision est aussi conséquente car plusieurs seuils naturels ont été supprimés dans les années 1970/80 afin de favoriser la navigation. La marée dynamique impacte donc le secteur de la basse Loire, phénomène qui n’était pas le cas par le passé (Etude Hydratec). Ainsi, via le cumul de l’ensemble de ces éléments, la pente de la ligne d’eau d’étiage pour ce secteur de la Loire est passée de 0,15‰ à 0,18‰ en comparaison avec un étiage du 19ème siècle (Etude Hydratec). Enfin, le site de la basse Loire est caractérisé par la présence d’une diversité importante de données issues de différents organismes. Elles proviennent de structures privées, comme les Voies Navigables de France (VNF), de jeux de données publics en libre accès, et de précédentes études de l’Université de Tours. Plusieurs types de ressources sont donc accessibles : des couches SIG contenant des informations sur la nature des berges, les infrastructures, la végétation, l’utilisation des sols, etc. ; des données de bathymétrie ou de granulométrie ; des photos aériennes ; des LIDAR etc. Un travail de tri sera nécessaire afin de différencier les données se recoupant et d’identifier de possibles informations manquantes.

Méthodologie mise en place 

Une méthode d’évaluation de la qualité morphologique des cours d’eau a été appliquée afin de définir l’état morphologique du secteur de la basse Loire, pour répondre au premier objectif de l’axe abiotique. Cette méthode a été développée dans le cadre du projet de recherche Européen REFORM : REstoring rivers FOR effective catchment Management. Il s’agit d’une étude de 4 ans (2011-2015) qui a mobilisé 25 partenaires de 14 pays différents (Rinaldi et al, 2017). Ce projet a généré un outil d’évaluation nommé Morphological Quality Index (MQI), initialement développé en Italie (Rinaldi et al., 2013), qui peut être appliqué aux cours d’eau européens. Il permet de caractériser l’état morphologique actuel d’un cours d’eau. Pour cela, un séquençage du secteur en sous-tronçons ainsi qu’un classement de ces derniers sont nécessaires dans un premier temps, comme l’illustre la figure 4. Cela s’appuie sur différents découpages par unités paysagères, géologiques, par degrés de confinements de la Loire, selon la morphologie du chenal (chenal unique ou multiple), etc.

Dans un second temps, la classe « artificialisation » (en rouge dans le tableau) analyse les pressions potentielles actuellement exercées sur le site d’étude. Elle vient en complément de l’analyse précédente sur les fonctions géomorphologiques. Une même pression peut en effet entraîner des conséquences différentes sur deux écosystèmes car leurs caractéristiques, fonctionnements et résiliences seront différents. Ainsi, l’analyse des fonctions géomorphologiques seule ne suffit pas ; c’est pourquoi les pressions sont ensuite analysées. Enfin, une comparaison du site d’étude entre son état actuel et son état passé permet de voir si des modifications majeures ont eu lieu (en jaune sur la figure 1). Ces éléments, comme une modification d’origine anthropique du tracé d’un cours d’eau, peuvent résulter d’actions passées non-visibles actuellement, avec une simple analyse de l’actuel site. Une étude d’un cours d’eau sur la durée pour voir s’il a subi des modifications anormales dans le temps vient compléter l’analyse MQI. L’ensemble des données pour ces indicateurs sont à renseigner dans un tableau Excel bilan. Elles traduisent l’altération d’un paramètre donné. Pour chaque paramètre, trois notes peuvent être obtenues :
– Classe A : conditions non perturbées
– Classe B : altérations intermédiaires
– Classe C : conditions très altérées
En définitive, pour chacun des tronçons évalués, une note sera obtenue via un tableau Excel pré-rempli et créé pour utiliser l’outil MQI. Il est à noter que, si les données disponibles sont jugées aberrantes ou insuffisantes pour la notation d’un paramètre, une incertitude peut alors être ajoutée par l’opérateur. A la fin de la démarche, l’ensemble des notations de chacun des tronçons, permettra, pour le secteur de la basse Loire, d’obtenir une note finale qui ira de 0 (qualité médiocre) à 1 (qualité maximale). Pour conclure, cette méthodologie est utilisable car elle a déjà été testée sur le secteur d’étude de la basse Loire (Wintenberger, 2018). Il est donc possible d’utiliser cet outil afin d’évaluer l’état morphologique sur ce secteur via la banque de données disponibles. Cela dans l’optique de répondre au premier objectif de l’axe abiotique du projet R-TEMUS.

Table des matières

Introduction
I. Contexte de l’étude
1. Présentation du projet R-TEMUS
2. Secteur étudié
3. Méthodologie mise en place
4. Objectif de ce PFE
II. Matériels et méthodes
1. Prise en main de la méthode MQI
2. Analyse des paramètres
2.1. Paramètres fixes
2.2. Paramètres simplifiables
2.3. Paramètres non simplifiables
III. Résultats
1. Classement des paramètres
2. Automatisation des paramètres simplifiables
IV. Discussion
1. La méthodologie MQI
2. Optimisation des temps de traitement
3. Autres optimisations possibles
4. Bilan personnel du projet
Conclusion
Table des figures
Table des tableaux
Bibliographie
Annexes
Annexe 1 : Rappel – Bases communes aux modèles Builder sous SIG
Annexe 2 : Fiche méthodologique – Paramètre F9
Annexe 3 : Fiche méthodologique – Paramètre F1
Annexe 4 : Fiche méthodologique – Paramètre A6

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