CREALP
: Le Centre de recherche sur l’environnement alpin
de Sion est une passerelle entre le monde académique et le
monde de la pratique et des services administratifs dans le domaine
des sciences de la Terre et de l’hydrologie. Il fait oeuvre
de pionnier depuis 15 ans dans la détection et la gestion des
dangers naturels. A cet égard, il développe depuis plusieurs
années, en collaboration avec le Service géologique
national, une approche novatrice en matière de cartographie
géologique en proposant une méthodologie et les outils
associés permettant au travers de l’outil SIG de gérer
toute la chaîne de production des cartes géologiques
depuis le levé de terrain jusqu’à la réalisation
de la carte géologique et de cartes thématiques orientées
‘métier’.
OFEG-SGN
: Le Service géologique national Suisse a comme
tâche prioritaire la réalisation de l’Atlas géologique
de la Suisse au 1 :25'000. Pendant que se poursuit la production
des cartes imprimées de grande qualité, le SGN veut
répondre aux besoins des praticiens, des administrations
et des chercheurs en offrant des produits cartographiques numériques
performants en terme de potentiel d’analyse. Une méthodologie
de production des cartes 1:25'000 centrée sur une approche
SIG est en cours d’élaboration en collaboration avec
le CREALP.
Constat
:
L’approche SIG présente un potentiel d’analyse
et de valorisation considérable pour les données géologiques.
Cette évidence, reconnue par tous, ne se traduit pour l’instant
que par peu de réalisations concrètes dans le domaine
des cartes géologiques. Des versions numériques de
ces cartes sont souvent proposées sous forme de produits
raster géoréférencés (cartes-pixel)
qui ne répondent pas pleinement aux besoins des utilisateurs
en termes de géotraitement et d’analyse spatiale. Parmi
les raisons qui expliquent ce retard, la complexité et la
richesse du contenu des cartes géologiques jouent un rôle
important et constituent à ce titre un défi pour une
exploitation de ce type de données au travers de l’outil
SIG.
Cartes
géologiques et SIG.
La carte géologique traditionnelle concentre en 2D, voire
en 3D (formations géologiques superposées) une gamme
d’informations de natures très diverses (lithologique,
chronologique, structurale, morphologique,, …) et de type
spatial varié (données ponctuelles, linéaires,
surfaciques). Chaque objet cartographié recèle une
grande richesse sémantique qui se révèle lorsque
l’on tente de concevoir les bases de données spatiales
et tabulaires qui permettent de modéliser dans un SIG l’information
contenue sur la carte géologique.
Des solutions doivent être trouvées aussi bien pour
modéliser l’information extraite à partir de
cartes existantes que pour celle consignée dans les levés
cartographiques inédits. Dans ce dernier cas, la solution
SIG doit également permettre la production de nouvelles cartes
papier avec une qualité équivalente aux cartes produites
à travers une chaîne d’édition classique.
La méthodologie présentée ici est adaptée
au processus de traitement complet de la carte géologique,
du levé de terrain à l’édition finale
sous forme numérique et imprimée. Le concept de base
de donnée tabulaire qui est développé en parallèle
n’est pas abordé.
Construction du SIG géologique à
partir des données de terrain.
La modèle de données sous-jacent au SIG géologique
se doit de répondre à un certain nombre de contraintes
fortes, notamment :
-
décrire fidèlement et de manière exhaustive
le contenu de la carte géologique.
- associer les différents objets constitutifs de la carte
dans des thèmes conformes à leur signification géologique.
- établir une méthode de construction topologiquement
« propre », (p.ex. au niveau de la superposition de
lignes dans différents thèmes) mais néanmoins
rationnelle en terme de coût de production.
- mettre à disposition un outil à potentiel d’analyse
optimum.
Le
potentiel d’analyse du SIG peut être amélioré
si le levé géologique et la préparation des
données sont effectués en prévision de la construction
d’un modèle spatial SIG complet, par exemple avec la
réalisation d’un écorché permettant de
définir en tout point la nature présumée du
substratum rocheux
Architecture du modèle spatial
Le modèle de données proposé consiste en une
base de données spatiale multicouches permettant l’élaboration
de la carte géologique par superposition de différents
plans d’information. Cette approche implique la séparation
de l’information géologique de base en différents
thèmes c'est-à-dire en ensemble d’objets géologiques
homogènes ayant un même type spatial. L’information
« pseudo-3D » contenue dans la carte géologique
et dans l’écorché tectonique est rendue par
la superposition de thèmes de type polygones (« substratum
rocheux » et « formations superficiels p. ex.). Des
thèmes de type lignes (« éléments structuraux«
, « éléments morphologiques ») et de type
points (« symboles orientés », symboles non orientés
», « forages » etc.) complètent l’information.

Exemple de minute géologique de terrain comprenant les
données de base

Ensemble des lignes de la carte géologique vectorisé
dans un thème de construction

Polygones
construits à partir des lignes importées dans le thème
« substratum rocheux »

Polygones
construits à partir des lignes importées dans le thème
« terrains superficiels »

Carte
géologique obtenue par superposition des thèmes du
SIG

Carte des instabilités de versant : carte ‘métier’
dérivée par analyse spatiale à partir du SIG

Bloc-diagramme du secteur donné en exemple. Une information
« pseudo 3D » est incluse dans le SIG grâce à
la superposition des 2 thèmes « substratum rocheux
» et « terrains superficiels ». Pour atteindre
une parfaite cohérence topologique entre les différents
thèmes, toutes les lignes de la carte sont vectorisées
dans un seul thème de construction et attribuées de
manière simple ou multiple.
Méthode de construction du SIG
Schématiquement, une carte géologique est constituée
de surfaces auxquelles sont attribués des codes de couleur
permettant de distinguer les différentes unités de
terrains.
La réalité est plus complexe. Chaque surface est circonscrite
par des segments de lignes qui sont les « objets (briques)
élémentaires » de la carte. Certaines de ces
lignes cumulent plusieurs significations géologiques (limite
d’affleurement, niche d’arrachement et limite de tassement
rocheux par exemple).
Dans le SIG, chaque ligne appartiendra à un ou plusieurs
thèmes, comme élément constitutif de polygones
ou comme élément linéaire à signification
structurale ou morphologique.
La méthode développée consiste à numériser
toutes les lignes de la carte géologique dans un seul thème
de construction. Chacune de ces lignes reçoit une attribution
simple ou multiple en fonction de son appartenance aux différents
thèmes constitutifs de la carte géologique. Ces attributs
reflètent la ou les fonctions géologique(s) de chaque
objet levé par le géologue sur le terrain.
L’attribution discriminante des lignes dans le thème
de construction permet d’extraire de manière semi-automatique
les éléments de base des différents thèmes
de type ligne et polygones. Une opération topologique est
encore nécessaire pour générer les surfaces
et leur conférer une attribution spécifique. Une procédure
itérative intégrant tests de validation, corrections
et reconstruction géométriques permet par ailleurs
de garantir la cohérence topologique et sémantique
du SIG.

Méthode
de construction à partir d’un seul thème contenant
toutes les lignes de la minute géologique. Une attribution
simple ou multiple de chaque ligne permet leur extraction et leur
affectation dans différents thèmes constitutifs de
la carte géologique dans le SIG.
TOOLMAP
: des outils d’attribution, de représentation et de
validation
La nécessité d’attribuer, parfois de façon
multiple, un grand nombre d’objets serait un obstacle à
la mise en œuvre de cette méthode si un outil spécifique
(TOOLMAP) n’avait pas été développé.
TOOLMAP offre sous ArcGIS (ArcMap) une palette d’outils disponibles
sous forme de menus, de boutons, de listes à choix, de formulaires
permettant de construire et d’attribuer les points, les lignes
et les polygones qui figurent les différents objets géologiques
dans le SIG. Cet outil permet également de représenter
automatiquement les signes, orientés ou non, avec leurs symboles
officiels à partir d’un « font » spécial
a été créé à cet effet. Il intervient
aussi dans les processus de validation topologique et sémantique
et dans l’extraction des lignes. Bien que conçu à
l’origine pour l’implémentation d’un SIG
géologique, sa conception ouverte et sa richesse fonctionnelle
font de TOOLMAP un outil tout à fait adapté à
d’autres domaines de cartographie.

Les
barres d’outils « TOOLMAP » telles qu’elles
apparaissent dans ArcMap. La fonction d’attribution et de
représentation des symboles orientés est illustrée
ici.

Trois
manières d’attribuer des lignes avec « TOOLMAP
». Listes à choix (a), Formulaires à choix multiples
(b) Raccourcis-clavier (c). Les attributions multiples sont possibles.
Les listes d’attributs sont chargées à partir
d’une table dBase.
Conclusions et perspectives
La méthode et les outils mis au point par le CREALP et le
Service géologique national Suisse permettent de placer le
SIG au centre du processus de production des futures cartes géologiques
et donc de constituer le noyau analytique et évolutif de
l’information géologique . Le géologue cartographe
peut directement traduire les données de terrains dans le
SIG en les confrontant, à tous les stades de production de
la carte (levé, numérisation), à d’autres
produits géoréférencés tels que MNT
et orthophotos. Cette information peut ensuite être reprise
dans le processus d’édition cartographique classique
grâce à un protocole de transfert des données
qui a été testé.
Cette méthode a été développée
originellement pour la production du SIG géologique à
partir des données cartographiques de terrain, mais elle
a pu être facilement adaptée à la vectorisation
et au transfert sur SIG des cartes déjà publiées.
La conception et l’implémentation future d’une
véritable géodatabase est un autre défi qui
doit être tenu pour permettre de gérer l’information
sur une large échelle.
Ainsi implémenté, le SIG géologique devrait
offrir à terme une méthode d’acquisition et
une plateforme d’édition commune pour les futures cartes
de l’Atlas géologique suisse. Il offrira par ailleurs
un outil d’analyse et de mise à jour à même
de répondre aux besoins d’un large public allant de
l’étudiant au décisionnaire en passant par le
chercheur et le praticien.
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