| Titre : | Contribution à l’étude de l’impact du changement de l’occupation du sol par télédétection et SIG sur l’érosion hydrique dans le bassin versant de l’Oued Saida |
| Auteurs : | KESSAR Cherif, Auteur ; NASRALLAH Yahia, Directeur de thèse |
| Type de document : | texte imprimé |
| Editeur : | [S.l.] : Université de Saida– Dr. Moulay Tahar Faculté des sciences, 2022/2023 |
| Format : | 141 p / 29 CM |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Catégories : | |
| Mots-clés: | Bassin versant de l’Oued Saida ; érosion hydrique ; RUSLE ; Occupation des sols ; EPM, RNA-PMC |
| Résumé : |
La dégradation des sols est parmi les problèmes environnementaux majeurs dans le monde et
plus particulièrement dans les zones à climat aride et semi-aride. L'irrégularité des précipitations et l'intensité des orages accélèrent ce phénomène et génèrent souvent de fortes inondations. Cette étude est menée sur le bassin versant de l’Oued Saïda d’une superficie de 624 km2, avaient pour objectif la quantification et la cartographie des pertes de sol par l’utilisation des techniques SIG et de télédétection à travers l'équation universelle révisée des pertes de sol (RUSLE) et un modèle proposé basé sur le ruissellement érosif de surface (RUSLERuissellement). Une autre approche est adoptée dans ce travail qui consiste au suivi spatio- temporel de l’occupation des sols sur le bassin versant de l’Oued Saïda et son impact sur la production des sédiments par la méthode du potentiel d’érosion (EPM). Ainsi, la projection des résultats sur l’année 2025 par l’utilisation des réseaux de neurones (RNA-PMC). Les résultats ont montré que le bassin versant de l'Oued Saïda fait l’objet d’une intensité moyenne à modérément élevée de pertes des sols, généralement entre 0 et 103 t/km/an. Les zones à forte pente (région de Sidi Boubkeur et les montagnes de Daïa), les pertes peuvent atteindre 3·103 t/km/an. La comparaison entre le modèle (RUSLE) et celui proposé (RUSLERuissellemnt) a montré une bonne corrélation avec R = 0.95 et un REQM = 0.43, ce qui nous mène à conclure que l'utilisation du paramètre de ruissellement érosif de surface est efficace pour estimer le taux de perte de sol dans les bassins versants.La cartographie de l’occupation des sols a montré que la superficie urbanisée augmente régulièrement durant la période (2010-2020) au détriment des sols nus et des broussailles avec 3.58% en totale. L’application des réseaux de neurones artificiels par perceptron multicouche (RNA-PMC) nous a permis de réaliser deux modèles d’estimation du potentiel d’érosion à base du modèle empirique (EPM). Les résultats ont montré que l’utilisation du (NDVI) est plus performante en simulation et en projection du potentiel d’érosion avec R2 (0.95 et 0.98). À l’opposer des classes d’occupation des sols avec R2 (0.78 et 0.85). Les seuils maximaux du potentiel d’érosion varient entre 1080 et 1455 m3/km2/an pour le modèle (EPMNDVI) et entre 2137 et 1864 m3/an/km2pour le modèle (EPMOcc-Sol). Le problème de l'érosion hydrique nécessite des interventions à grande échelle, notamment dans les bassins dont les perturbations et les paramètres climatiques agressifs sont reconnus. Le choix de bonnes pratiques agricoles, l’implication de la population rurale et la préservation des espaces forestiers jouent un rôle important dans la conservation des eaux et des sols. |
| Note de contenu : |
INTRODUCTION GÉNÉRALE
1 PARTIE I : APERÇUS BIBLIOGRAPHIQUES ET DOMAINE D’ÉTUDE 1 I. CHAPITRE I : L’EROSION HYDRIQUE ET LE RUISSELLEMENT EROSIF 3 I.1 Introduction ....................................................................................................................... 3 I.2 Définition de l’érosion ...................................................................................................... 4 I.3 L’érosion hydrique ............................................................................................................ 4 I.4 Processus de l’érosion hydrique........................................................................................ 5 I.5 Types d’érosion hydrique ................................................................................................. 6 I.5.1 L’érosion par rejaillissement (Effet Splash) .......................................................................... 6 I.5.2 L’érosion en nappe ................................................................................................................ 7 I.5.3 L’érosion linéaire (Rigole et Inter-Rigole/Rill-Interrill) ....................................................... 7 Erosion en masse ................................................................................................................... 8 I.5.4.1 Les glissements lents (creeping) ......................................................................................... 8 I.5.4.2 Les glissements rapides ...................................................................................................... 8 I.5.4.3 Les coulées boueuses .......................................................................................................... 8 I.5.4.4 Les glissements rotationnels ............................................................................................... 9 Fateurs d’érosion hydrique ............................................................................................... 9 Le Climat ............................................................................................................................... 9 Activités humaines ................................................................................................................ 9 La couverture végétale ........................................................................................................ 10 La topographie..................................................................................................................... 10 Le sol ................................................................................................................................... 11 Occupation des sols ............................................................................................................. 11 I.7 Processus du ruissellement érosif ................................................................................... 12 II. CHAPITRE II : DESCRIPTION GENERALE DE LA ZONE D’ETUDE II.1 Situation Géographique .................................................................................................. 14 II.2 Cadre Climatique ............................................................................................................ 14 Régime des précipitations ................................................................................................... 16 Analyse de la Température .................................................................................................. 17 Indice d’aridité de DE-MARTONNE ................................................................................. 17 Calcul de la lame d’eau précipitée....................................................................................... 18 II.3 Contexte Géologique ...................................................................................................... 19 Cadre structural ................................................................................................................... 19 Fissuration ........................................................................................................................... 20 II.4 Contexte Hydrogéologique ............................................................................................. 20 II.5 Caractéristiques Morpho-métriques du bssin versant ..................................................... 21 La Courbe hypsométrique ................................................................................................... 21 Indice de compacité de Gravelius (KG) ............................................................................... 23 L'altitude moyenne .............................................................................................................. 23 Densité de drainage ............................................................................................................. 23II.5.5 Vitesse de ruissellement ...................................................................................................... 23 II.6 Réseau Hydrographique .................................................................................................. 24 Extraction du réseau hydrographique hiérarchisé ............................................................... 24 Direction du Flux................................................................................................................. 25 Analyse statistique de distribution des directions du flux ................................................... 26 III. CHAPITRE III : ESTIMATION ET CARTOGRAPHIE DES PERTES DE SOLS PAR TELEDETECTION ET SIG III.1 Introduction ..................................................................................................................... 29 III.2 Évaluation du potentiel des pertes de sol par les modèles (RUSLE et RUSLERuissellement) III.2.1 Equation Universelle Révisée des pertes de sol (RUSLE) .................................................. 29 III.2.1.1 Les facteurs du modèle (RUSLE) ................................................................................ 31 III.2.2 Modèle proposé RUSLERuissellement ....................................................................................... 36 III.2.3 Facteur de ruissellement érosif de surface (Rruissellement) ....................................................... 36 III.2.3.1 Méthode SCS-CN ........................................................................................................ 36 III.3 Évaluation statistique de la performance des modèles (RUSLE/RUSLERuissellement) ...... 40 Création d’un réseau d’échantillonnages sous forme de quadrillage (Fishnet) ................... 40 Coefficient de détermination (R2) ....................................................................................... 41 Coefficient de corrélation simple (r) ................................................................................... 42 L'erreur quadratique moyenne (EQM) ................................................................................ 42 Racine de l'erreur quadratique moyenne (REQM) .............................................................. 42 Erreur absolue moyenne (EAM) ......................................................................................... 43 Le pourcentage de l’erreur absolue moyenne (PEAM) ....................................................... 43 III.4 Méthode du Potentiel d’érosion (EPM) .......................................................................... 43 III.4.1 Volume annuel total de perte de sol (????????) .......................................................................... 44 III.4.1.1 Volume globale du transport solide (????????) .................................................................... 44 III.4.1.2 Coefficient de la température (T)................................................................................. 45 III.4.1.3 Coefficient des précipitations (Pa) ............................................................................... 48 III.4.1.4 Coefficient de l’érosion (Z) ......................................................................................... 49 III.5 Ré-échantillonner des données spatiales (La methode bilinéaire) .................................. 52 IV. CHAPITRE IV : GENERALITES SUR LES RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS (RNA) IV.1 Introduction ..................................................................................................................... 54 IV.2 Définition d’un RNA ...................................................................................................... 54 IV.3 Neuronebiologique .......................................................................................................... 55 IV.4 Neurone formel ............................................................................................................... 56 IV.5 Fonctions d’activations ................................................................................................... 56 IV.6 Apprentissage RNA ........................................................................................................ 57 IV.6.1 Apprentissage supervisé ...................................................................................................... 57 IV.6.2 Apprentissage non supervisé ............................................................................................... 58 IV.7 Architecture des réseaux de neurones ............................................................................. 58 IV.8 Les réseaux de neurones non bouclés ............................................................................. 58 IV.8.1 Réseaux de neurones monocouches .................................................................................... 58 IV.8.2 Réseaux de neurones multicouches ..................................................................................... 59 IV.9 Les réseaux de neurones bouclés .................................................................................... 59 IV.10 Algorithme d'apprentissage............................................................................................. 60 IV.10.1 Algorithme d’apprentissage Perceptron multicouche de retro propagation (RP) ................ 60 IV.11 Application du RNA-PMC pour la prédiction du changement de l’occupation des sols 62 IV.11.1 Module de simulation de changement d’occupation de sols (MOLUSCE) ........................ 62 IV.11.1.1 Entrées (Inputs)............................................................................................................ 62 IV.11.1.2 Corrélation d'évaluation ............................................................................................... 62 IV.11.1.3 Détection du changement ............................................................................................ 63 IV.11.1.4 Modélisation du potentiel de transition ....................................................................... 63IV.11.1.5 Simulation d'automates cellulaires .............................................................................. 63 IV.11.1.6 Validation .................................................................................................................... 63 IV.11.2 Techniques de détection et évaluation des changements post-classification....................... 64 IV.11.3 Évaluation de la précision ................................................................................................... 65 PARTIE II. MODÉLISATIONS ET DISCUSSION DES RÉSULTATS 66 I. CHAPITRE I : CARTOGRAPHIE DU POTENTIEL D’EROSION HYDRIQUE PAR LES MODELES RUSLE ET RUSLERUISSELLEMENT I.1 Introduction ..................................................................................................................... 66 I.2 Facteur d'érosivité des précipitations (R)........................................................................ 66 I.3 Facteur Longueur de la pente (LS) ................................................................................. 67 I.4 Facteur d'érodibilité du sol (K) ....................................................................................... 68 I.5 Facteur de gestion de la couverture végétale (C) ............................................................ 69 I.6 Facteur de pratique de soutien (P) .................................................................................. 70 I.7 Facteur de ruissellement érosif de surface (Rr) ............................................................... 71 I.8 Potentiel d’érosion selon le modèle RUSLE .................................................................. 73 I.9 Potentiel d’érosion selon le modèle proposé RUSLERuissellement...................................... 74 I.10 Performance des résultats des deux modèles .................................................................. 76 I.11 Caractérisation des modèles du potentiel de perte de sol selon les classes d’occupation des sols ..................................................................................................................................... 78 I.12 Conclusion ...................................................................................................................... 80 II. CHAPITRE II : QUANTIFICATION ET CARTOGRAPHIE DE L’IMPACT DU CHANGEMENT DE L’OCCUPATION DES SOLS SUR LE POTENTIEL D’EROSION PAR LE MODELE EPM ET LES RESEAUX DE NEURONES II.1 Introduction ..................................................................................................................... 81 II.2 Évaluation de la précision des classifications ................................................................. 81 II.3 Modélisation du Changement d’Occupation des sols ..................................................... 82 Variables utilisées dans la modélisation .............................................................................. 82 Calibration et application du module MOLUSCE .............................................................. 84 II.4 Quantification et prévision du potentiel d’érosion par le modèle (EPM) et les réseaux de neurones (RNA-PMC).............................................................................................................. 89 II.4.1 La cartographie du Volume annuel total de perte de sol (????????) ........................................... 89 II.4.1.1 Les paramètres du modèle (EPM)..................................................................................... 89 II.5 Résultat et évaluation de la prédiction d’érosion par PMC-RNA................................... 91 II.5.1 Estimation du Volume potentiel d’érosion par le modèle EPMNDVI.................................... 91 II.5.1.1 Simulation de l’érosion par le modèle RNA-PMC/EPMNDVI ........................................... 93 II.5.2 Estimation du Volume potentiel d’érosion par le modèle EPMOcc-Sol.................................. 94 II.5.2.1 Simulation de l’érosion par le modèle RNA-PMC/EPMOcc-Sol ......................................... 97 II.6 Analyse de la distribution spatiale des classes des pertes de sol selon les modèles EPMOcc- Sol et EPMNDVI ........................................................................................................................... 98 II.7 Analyse de la production annuelle des sédiments (Gy) dans le bassin versant de l’Oued Saida 102 II.8 Conclusion .................................................................................................................... 108 CONCLUSION GÉNÉRALE REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXES |
Exemplaires (1)
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