Communications 

Application d'ArcGIS pour les études du milieu marin et littoral


Session Environnement marin
 


Yann Bougio, Séverine Couppa,Christelle Maillot

Cartographe
In Vivo Environnement
ZA de la Grande Halte
29940 La Forêt Fouesnant
02 98 51 41 75
Fax : 02 98 51 41 55

 

Introduction



La société In Vivo Environnement est un bureau d’étude en environnement marin, littoral et aquatique. Son domaine d’intervention concerne essentiellement la mer et les ports. Elle réalise, depuis 1997, année de sa création, des études réglementaires, notamment des études d’impact, lors d’un aménagement ou une modification de l’espace marin.
 
Les clients sont essentiellement des organismes du service public comme la DDE, les Préfectures, les Conseils Généraux et Régionaux et des collectivités locales (Mairies etc…) en matière de dragage et d’aménagements portuaires. La société travaille aussi pour quelques organismes privés dans le domaine de l’éolien offshore, en particulier.
 
A l’origine, In Vivo a été créé par deux biologistes marins (Didier Grosdemange et Philippe Bornens) issus du marinarium de Concarneau. En septembre 1998, ils décident d’employer une première personne en cartographie numérique pour valoriser la donnée. Depuis, le personnel est passé à 22 employés, compétents dans différents domaines.
 
En parallèle, la structure de la société a évolué en 5 pôles (Environnement, Océanographie, Offre, Ingénierie et Industrie). Dans cette présentation, je vais vous exposer le type de travaux sur lesquels nous travaillons dans le domaine de l’environnement et l’ingénierie dans une première partie, puis de l’océanographie, en vous précisant les applications de l’outil Arcview.

Mots-clés, logiciels ESRI utilisés et publics visés
 


Mots-clés :  Environnement marin, sédimentologie, bathymétrie, dragage, éoliennes, impact, sonar, biocénose

Logiciels ESRI utilisés : ArcView 9.2

Public visé: Tout public

 


I / Analyse des données marines pour les pôles Environnement et Ingénierie


Ces pôles représentent 55 % du chiffre d’affaire à eux deux. Ils sont constitués d’études d’impact, de conseils et diagnostics en environnement.
Les domaines de compétence sont la réalisation d’études réglementaires conformes au code de l’environnement, l’accompagnement des pétitionnaires lors des instructions administratives et les suivis environnementaux.

A – Etudes de synthèse pour le milieu marin



Cette partie représente l’essentiel de nos activités. Elles concernent l’aménagement portuaire, les opérations de dragage, la conception de récifs artificiels, l’extraction de granulats, le suivi de rejets de STEP et l’implantation d’éoliennes offshores.
Dans tous ces domaines, l’agencement d’un SIG est nécessaire pour une analyse fine de l’environnement impacté. Nous utilisons pour cela le logiciel Arcview 9.2 pour la constitution des bases de données géographique, le traitement sous Arcmap et la présentation en format atlas ou SIG. Dans le cadre de notre développement et l’amélioration de la qualité de nos documents, ma direction et moi avons décidé d’améliorer nos connaissances dans le domaine des systèmes d’informations géographiques et d’uniformiser les documents cartographiques entre les différents pôles. C’est pourquoi, l’obtention de licence d’Arcview 9.2 s’est avérée nécessaire en 2007. Il est aujourd’hui notre principal logiciel cartographique. Nous pouvons ainsi faire des échanges entre les différents pôles à travers la mise en place d’une base de données sur un réseau.

Dans le cas de l’intégration dans un rapport réglementaire, l’utilisation d’un logiciel comme Arcview 9.2 se fait davantage comme un logiciel de dessin que de SIG. Je vais prendre l’exemple d’une étude type réalisé en 2006 pour le Conseil Général des Côtes d’Armor : « Notice d’impact des travaux de rénovation des quais de Pontrieux (22) ». Ici, nous sommes dans un cas simple d’utilisation du logiciel cartographique.

Je travail en plusieurs étapes, tout d’abord, je récolte toutes les données existant sur le secteur géographique concerné. Pour le montage de mes cartes j’utilise différentes données que je trouve dans notre bibliographie ou sur les différents sites Internet existants :

· IFREMER : recherche sur la qualité du cours d’eau et du littoral en sortie (REMI, REPHY ou RNO)
· DIREN : recherche sur les différentes protections réglementaires sur la zone, disponible sous format Map Info et téléchargeable.
· Les différents services de l’Etat comme la DDE ou les affaires maritimes pour connaître les restrictions juridiques sur la zone.
· Je récolte aussi tous les plans masses sur l’aménagement prévu. Ces plans, souvent sous format Autocad sont facilement intégrables dans les logiciels SIG comme ArcView.

Pour nos études, je dois aussi intégrer nos propres données récoltées sur le terrain, telles que nos observations réalisées au sonar latéral, nos données bathymétriques ou sismiques et nos relevés sur le benthos sur le terrain. Tous cela m’est transmis en fichiers Raster, Vecteur ou .txt, en fonction du type d’instrumentation utilisée.
Ces fichiers passent en général par un premier logiciel de traitement : HYPACK dont notre pôle océanographie possède une licence, le logiciel fait la transition entre le terrain et le SIG.Par contre, pour la réalisation d’un atlas comme celui réalisé en 2000 pour la CCPF (Communauté de commune du Pays fouesnantais), « Diagnostic environnemental et hydrosédimentaire de la Lagune de la Mer Blanche et de son bassin versant », le rendu est différent. Les thèmes sont organisés et les cartes s’enchaînent de manière logique en valorisant les résultats obtenus sur le terrain.

Enfin, pour un système d’information géographique (SIG), il est mis surtout l’accent sur la base de données située dans un répertoire spécifique. Le rendu se fait ici en CD-Rom. Ce fut le cas pour l’étude pour le Conseil Général de Charente-Maritime en 2002 : « Etude sur la gestion dynamique des sédiments de l’île de Ré » en co-traitance avec la SOGREAH. Grâce à l’analyse thématique, je peux créer des diagrammes ou des graphiques et faire des interprétations 2D et 3D (Pour la bathymétrie et la topographie par exemple). Je réalise aussi régulièrement des représentations de la faune et de la flore (biocénose) du domaine maritime (d’après des relevés sur le terrain).



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Carte Sedim Nord Bretagne



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Carte Bio

B – Liens avec le Littoral



Durant, l’automne 2007, suite à ma formation sur le logiciel Arcview 9.2 à l’agence de Rennes, j’ai réalisé un atlas pour un projet ANR faisant un inventaire des cavités terrestres du Var et du Finistère.

Pour cela, j’ai fait une liste complète auprès des services de l’Etat et des collectivités locales des données existantes. J’ai récupéré les BD-Carto et BD-Scan25 des départements. J’ai organisé une base de données (Schéma général du SIG par un modèle conceptuel de données) avec les carrières en activités et celles qui ne le sont plus. Par l’observation des cartes au 1/25000eme et des photographies aériennes, j’ai également déterminé les trous topographiques pouvant recevoir les sédiments. Dans un répertoire, j’ai regroupé les fichiers.mxd selon les cartes thématiques créées sous Arcview 9.2.

Pour la construction de ces cartes, j’ai eu l’occasion d’utiliser les différentes fonctions de ce logiciel. En passant par ArcCatalogue, je crée les fichiers de forme et les géodatabases auxquelles j’ai défini une projection (Ici Lambert).

Sous ArcMap, j’effectue la numérisation, je référence les images raster, je calcule les distances et les surfaces et je réalise une mise en page automatique. Pour la qualité des présentations, j’utilise les différentes fonctions graphiques comme la formation de symbole, la variation des couleurs et l’application d’étiquette.
J’ai, enfin, constitué des tableaux détaillant les métadonnées obtenues.
Un atlas en A3 a été par la suite restitué aux départements.

C – Le cas des études sur les cours d’eau



Spécialisé dans le milieu marin et littoral, il nous arrive aussi d’intervenir sur les cours d’eau dans le cadre en particulier de curages et du suivi de la qualité des eaux. On peut citer dans ce domaine nos études sur la Somme, le réseau grand gabarit des canaux du Nord Pas de Calais et le curages des canaux de l’usine des Eau de Paris de Joinville le Pont en région parisienne. Ici, nous utilisons Arcgis pour le tracé du réseau, le report des épaisseurs de sédiment, la détermination des concentrations en polluant (sédiment et eau) et la recherche des terrains de dépôt avec l’analyse des distances et leur vulnérabilité.


II / Présentation du travail du pôle océanographie


Le pôle océanographie est spécialisé dans l’acquisition de données en mer, sur le littoral et dans le milieu aquatique au sens large. Associée à un grand parc matériel (navires, instrumentation acoustique, moyens de prélèvements et d’échantillonnage, et matériel de plongée sous-marine), l’équipe d’ingénieurs et de techniciens peut se projeter partout dans le monde pour remplir  ses missions.

Les campagnes de mesures couvrent des opérations de géographie physique marine (bathymétrie mono et multi faisceaux, sismique réflexion, subbotom profiler et lançages), d’océanographie (mesures de courant par ADCP, sondes multiparamètres et météorologie), de cartographie biosédimentaire (par sonar latéral, vidéo tractée et investigations en plongée sous-marine), d’identification des biocénoses (macrofaune benthique, peuplements sessiles du substrat dur…) et de prélèvements (Bennes, carottiers et vibrocarottier).



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Bathy Mayumba

A – Bathymétrie



Equipé d’un matériel de mesure performant, nous possédons des sonars mono et multi faisceaux. Nous intervenons, pour les dragages en particulier, pour réaliser la bathymétrie des zones étudiées. Elle permet d’avoir une vision de l’accumulation de sédiments et ainsi d’interpréter des mesures et calcul des cubatures.
Dés lors, on peut définir les zones prioritaires à draguer.

Les levés bathymétriques nécessitent un système de positionnement centimétrique. Pour ces opérations, le système utilisé est un système rtk (Real Time Kinematic). Son principe repose sur le calcul d'une correction au niveau d'une station de base de position connue, et la transmission instantanée de cette correction par liaison radio vers le GPS mobile, installé sur le bateau. L'installation comprend les éléments suivants : · Un GPS Trimble 5700 configuré comme station de base. Ce récepteur est placé sur un point connu dans les trois dimensions de l’espace, et transmet au récepteur mobile les corrections d’altimétrie et de planimétrie par liaison radio.

Dans notre cas, il est installé sur un repère en lien avec une station RGP.
·  Un GPS Trimble 5700 mobile. Ce récepteur est installé sur une canne topographique ;
·  Un carnet de terrain électronique (Trimble Survey Controller) permettant de configurer les GPS ;
Un système de liaison radio UHF, permettant la transmission des corrections calculées par la base vers le mobile.

Les résultats obtenus sont traités sous le logiciel HYPACK et les sondes sont transformées en format txt ou en vecteur (Dxf). En fonction de la projection, les fichiers sont ouverts sous Arcview.
On peut ainsi faire une présentation sur des rasters (carte SHOM ou photographies aériennes). (Voir les exemples sur Mayumba au Gabon)



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Sedim Mayumba

B – Interprétation Sonar



Pour la détermination des différents faciès sédimentologiques des fonds marins étudiés, nous utilisons la même logique avec des moyens différents.
Le sonar à balayage latéral permet la réalisation en continu d’une cartographie des fonds marins. Il fournit une image acoustique qui permet de délimiter avec précision les différents ensembles structuraux.
Le principe repose sur la variation du coefficient de rétro diffusion du fond. Le signal acoustique est émis par les deux transducteurs du poisson, et est renvoyé avec plus ou moins d’intensité selon les caractéristiques de nature et de forme du fond. Il est alors transformé en signal électrique, puis traité de manière à reconstituer une image acoustique du fond marin.
Selon les caractéristiques du fond, cette image présente des nuances de gris variables.
Classiquement, un enregistrement clair traduit un sédiment meuble (vase), de granulométrie fine, tandis qu’un enregistrement foncé traduit un substrat dur, de granulométrie plus grossière.

Toutefois, si le sonar permet de délimiter des zones de faciès différents avec une bonne reconnaissance des structures, l’identification précise de la nature des sédiments n’est pas possible. Pour cela, des prélèvements de sédiments doivent être réalisés et analysés de manière à recaler les images sonar.
Le poisson est fixé à l'extrémité de la perche. Le positionnement des images est donc optimisé mais le poisson subit les effets de roulis/tangage du bateau. Cette configuration ne peut donc être utilisée qu'avec de bonnes conditions de mer.

L’enregistrement des données du sonar et du GPS est effectué par le logiciel d’acquisition Isis Sonar. Ce logiciel permet de configurer l’ensemble du système et de contrôler l’acquisition en temps réel.
En fonction de la profondeur d’eau, de la nature des fonds et de l’étendue de la zone à lever, les paramètres de l’acquisition sonar peuvent être modifiés. Plusieurs réglages conditionnent la qualité du levé :

·  La fréquence d’acquisition : le sonar utilisé fonctionne soit en haute fréquence (400 kHz), soit en basse fréquence (100 kHz). Plus la fréquence d’acquisition est élevée, meilleure est la résolution mais plus faible est la portée (Ce réglage est donc mieux adapté aux petits fonds).

·  La portée latérale : elle peut varier de 25 à 200 m par voie d’émission. Par exemple, une portée de 50 m permettra de lever une radiale de 100 m de large.

·  La ligne filée : elle correspond à la longueur de câble lâchée à l’eau. Elle augmente proportionnellement à la hauteur d’eau et à la vitesse de remorquage. L’image optimale est obtenue en faisant naviguer le poisson entre 5 et 10 m au-dessus du fond. Dans ce cas, la valeur a été mise à 0.

Le traitement des profils sonar vise la réalisation de la mosaïque de l’ensemble de la zone d’étude, c'est-à-dire l’assemblage géo référencé des profils unitaires. Pour cela, on utilise le module Hyscan du logiciel Hypack. La détection du fond est vérifiée et corrigée si nécessaire sur chaque ligne, avant de combiner toutes les données pour créer une mosaïque. Celle-ci est traitée sur le logiciel Arcview où l’on détermine les différents faciès par la création de fichiers vectoriels. On obtient ainsi une présentation fine des fonds marins étudiés.


Conclusion


Pour conclure, In Vivo met en pratique tous les jours le logiciel Arcview 9.2 au niveau de ces pôles. Les SIG sont devenus un outil indispensable dans l’étude des fonds marins. Les bases de données se sont développées ces dernières années sur Internet dans le domaine et l’acquisition de terrain est permanente, les sédiments et la biocénose évoluant sans arrêt dans ce milieu.


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