Exploration des écosystèmes depuis l`Espace

Transcription

Atelier disciplinaire
AD7
Exploration des écosystèmes depuis l’Espace
Yves Darbarie, Education Nationale
Natacha Mazeron, Education Nationale
Marie-Charlotte Chemin, Education Nationale
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Université d’été CNES 2016. AD1 : Exploration des écosystèmes depuis l’Espace
SOMMAIRE
Géneralités ........................................................................................................................................................ 4
Avant Propos ............................................................................................................................................. 4
Liste des activités et position dans l’enseignement des SVT ................................................................ 4
Résumé ...................................................................................................................................................... 4
Fiches scientifiques .......................................................................................................................................... 5
Fiches techniques ........................................................................................................................................... 14
Cycle 3 : Notre environnement ..................................................................................................................... 39
Plan de la séquence : .................................................................................................................................. 39
Organisation matériel ................................................................................................................................ 39
Position dans les enseignements............................................................................................................... 39
Présentation des activités ..........................................................................................................................40
Activité 1 : découvrir son environnement............................................................................................40
Activité 2 : la matière à différentes échelles ........................................................................................ 43
La couleur verte : du chloroplaste à la forêt ....................................................................................... 43
Cycle 4 : Paysages et écosystèmes .................................................................................................................46
Plan de la séquence : ..................................................................................................................................46
Position dans les enseignements...............................................................................................................46
Compléments scientifiques........................................................................................................................ 47
Présentation des activités ..........................................................................................................................48
Bibliographie/sitographie.......................................................................................................................... 52
Classe de secondes : Les agrosystèmes : un écosystème aménagé par l’homme : « Sauvegarde d’un
paramètre essentiel des agrosystèmes : lA Lutte contre l’érosion des sols » ............................................ 70
Plan de la séquence : .................................................................................................................................. 70
Position dans les enseignements............................................................................................................... 71
Compléments scientifiques et méthodologiques ..................................................................................... 71
Présentation des activités .......................................................................................................................... 72
Bibliographie/sitographie........................................................................................................................ 133
3
Classe de 1S: Les agrosystèmes : un écosystème aménagé par l’homme : «Améliorer la gestion des
agrosystèmes grâce aux technologies spatiales» ...................................................................................... 134
Plan de la séquence : ................................................................................................................................ 134
Organisation matériel .............................................................................................................................. 134
Position dans les enseignements............................................................................................................. 134
TS spécialité SVT : Réchauffement climatique et poisson de l’Arctique ................................................. 159
Organisation matériel .............................................................................................................................. 159
Position dans les enseignements............................................................................................................. 159
Compléments scientifiques...................................................................................................................... 159
Présentation des activités ........................................................................................................................ 159
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GENERALITES
AVANT PROPOS
On cherche ici à présenter une série d’activité déclinant un thème tout au long de l’enseignement
reçu de SVT. Le choix ici s’est porté sur la notion d’écosystème, ce thème vaste, central dans la discipline,
permet de par sa définition incluant le biotope et la biocénose, de multiplier les approches.
On se fixe également un double objectif quant aux dispositifs et aux supports mis en œuvre :
Chaque exploration de l’écosystème considéré se fait à travers l’utilisation de données acquises
par les technologies spatiales
L’exploitation de ces données est réalisée par la construction de connaissances et d’analyses
rendues possibles par le logiciel TerreImage développé par le CNES
LISTE DES ACTIVITES ET POSITION DANS L’ENSEIGNEMENT DES SVT
1. Cycle 3 (6ème) : Notre environnement
2. Cycle 4 : Paysages et écosytèmes
3. Classe de Secondes : Les agrosystèmes : un écosystème aménagé par l’homme : « Etude d’un
paramètre essentiel des agrosystèmes : le sol »
4. Classe de 1S: Les agrosystèmes : un écosystème aménagé par l’homme : «Améliorer la gestion
des agrosystèmes grâce aux technologies spatiales»
RESUME
On cherche ici à présenter une série d’activité déclinant un thème tout au long de l’enseignement reçu
de SVT. Le choix ici s’est porté sur la notion d’écosystème, ce thème vaste, central dans la discipline,
permet de par sa définition incluant le biotope et la biocénose, de multiplier les approches. Nous
débuterons donc par la réalisation d’activités de niveau cycle 3, puis nous poursuivrons au cycle 4 afin
de terminer par différentes activités au Lycée en particulier dans la filière scientifique. On se fixe
également un triple objectif quant aux dispositifs et aux supports mis en œuvre :
Chaque exploration de l’écosystème considéré se fait à travers l’utilisation de données acquises
par les technologies spatiales 
L’exploitation de ces données est réalisée par la construction de connaissances et d’analyses
rendues possibles par le logiciel TerreImage développé par le CNES
Les activités proposées, de durée en classe très variables allant de l’activité découverte de moins
de quinze minutes jusqu’à la réalisation de couples de Travaux pratiques s’étalant sur plus de
quatre heures s’inscriront pleinement dans les programmes de SVT de collège et de lycée en
dehors de tout dispositifs transverses
Nous allons donc effectuer une ballade à travers des images satellites dont nous userons pour
explorer les écosystèmes proches de nos élèves, les actions humaines sur les biotopes, pour
discriminer les essences végétales naturelles cultivées ou pour expliquer la gestion raisonnée des
agrosystèmes
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FICHES SCIENTIFIQUES
BANQUE DE DONNEES SUR LE SOL
On dispose de différents accès permettant d’acquérir de l’information sur le sol sur le territoire français.
Un site permet un accès centralisé à ces informations :
: http://www.gissol.fr/
Le Groupement d'intérêt scientifique Sol (Gis Sol) a été créé en 2001 pour constituer et gérer un système
d'information sur les sols de France et répondre aux demandes des pouvoirs publics et de la société au
niveau local et national .Le Gis Sol conçoit, oriente et coordonne l'inventaire géographique des sols, le
suivi de leurs propriétés et l'évolution de leurs qualités, et gère le système d'information sur les sols. Le
Gis Sol assure également la valorisation des données sur les sols de France, en cohérence avec les
programmes européens. Ces derniers sont menés par le réseau du Bureau européen des sols de la
Commission européenne et l’Agence Européenne de l’Environnement (AEE).Le Gis Sol regroupe le
ministère de l'Alimentation, de l'Agriculture et de la Pêche, le ministère de l’Écologie, du Développement
Durable et de l’Énergie, l'Institut National de la Recherche Agronomique (Inra), l'Agence de
l'Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME), l'Institut de Recherche pour le Développement
(IRD) et l'Institut national de l’information géographique et forestière (IGN).
Ce site peut être utilisé en classe à différents niveaux :

Par l’utilisation type documentaire des nombreuses cartes thématiques sur le sol issu d’un vaste
rapport sur l’état du sol en France (2011)
6
 Par la possibilité de consulter des bases de données en ligne présentant des informations
sur le sol
o Indiquasol : outil permettant de visualiser les indicateurs de qualité des sols.
o
Geosol est l’outil de visualisation des statistiques issues des données de la BDAT
stockées dans le système d’information décisionnel. Un système d’information
décisionnel (SID) rassemble des moyens, des outils et des méthodes permettant de
transformer les données opérationnelles en informations pertinentes pour la prise de
décision. Le SID s’appuie sur l’entrepôt de données qui est une structure analogue à une
base de données offrant une vision centralisée et la plus large possible de toutes les
informations sur un sujet donné. L’entrepôt permet ainsi le stockage et l’analyse d’une
grande quantité d’informations épurées, organisées, historisées (mécanisme par lequel
on capture les données à chaque évolution de ces dernières) et provenant de plusieurs
sources de données.
7

Par la possibilité d’accéder a ces données via un webservice qui permet la consultation
sur différents géovisualisateurs (Géoidd, Géoportail, Visualisateur INRA) ou sur des SIG via
le protocole WMS.
8
GPS ET MESURE DES DEPLACEMENTS EN GEOLOGIE
Principe général
Le principe du positionnement GPS est un principe de trilatération. Le récepteur GPS capte les signaux
issus de la constellation de satellites. Le récepteur commence par identifier la source satellite ayant
envoyé les signaux à l'aide du signal pseudo aléatoire émis par chaque satellite. La position du satellite
est parfaitement connue et le signal émis vers le récepteur intègre ces informations la position du
satellite ainsi que l'heure d'émission du. La vitesse de transmission des signaux émis par ces satellites
est égale à celle de la lumière. Le récepteur possède donc les informations suivantes :



L'heure d'émission du signal (envoyé avec le signal)
L'heure de réception du signal (donné par le récepteur)
La vitesse de propagation du signal (vitesse de la lumière)
La vitesse de propagation d'une onde est évidemment obtenue par la formule suivante :
où



T1 est l'heure d'arrivée
TO est l'heure de départ du signal
d est la distance entre le satellite et le récepteur
Le récepteur peut ainsi déterminer la valeur de d
En fait, Le satellite et le récepteur émettent tous deux au même instant (instant réglé sur l'horloge
générale du système GPS) le code pseudo-aléatoire (le récepteur en génère une réplique). Le récepteur
retarde ensuite le début de cette émission jusqu'à ce que son signal se superpose avec celui provenant
du satellite. La valeur de ce retard est ainsi le temps mis par le signal pour se propager du satellite jusqu'à
l'utilisateur.
Une seule distance n'est pas suffisante, en effet le récepteur peut se situer n'importe où sur une sphère
de rayon d.
De la même manière on fait intervenir un deuxième satellite qui connaît la distance le séparant du
récepteur GPS. L'intersection des deux sphères forme un cercle. Ce cercle représente l'ensemble des
positions que peut avoir le récepteur GPS
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Il est donc nécessaire de disposer de trois distances satellites/récepteur, On obtient alors 2 points
possibles. Dans le cas où l'utilisateur se situe à la surface de la Terre seul un des 2 points est cohérent.
De plus dans la pratique l'un des points est stable et le second évolue rapidement, seul le premier est à
retenir. Ainsi on peut déduire sa position exacte en éliminant le point donnant un résultat incohérent.
En fait l'utilisation de trois satellites s'avère insuffisante, car il est nécessaire de disposer de l'heure
d'arrivé de l'onde en fonction de l'horloge du satellite, or il est impossible de parfaitement synchroniser
l'horloge du récepteur et du satellite, car le satellite possède une horloge atomique d'une grande
précision impossible à obtenir au sein du récepteur. La stratégie consiste à utiliser un quatrième satellite.
Considérons un espace à deux dimensions. Dans un espace 2D, il faudrait 2 satellites pour repérer un
point.
Le satellite A mesure 4 secondes, Le satellite B mesure 6 secondes. A l'intersection de ces deux mesures
on obtient le point X
Admettons que les satellites ont commis une erreur d'une seconde. Au lieu de trouver le point X, c'est le
point XX qui est calculé.
On considère donc un troisième satellite. Dans le cas d'une erreur d'une seconde de chaque satellite le
3ème satellite permet de définir une zone dans laquelle se trouve le point à trouver.
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En considérant que l'erreur commise par A, B et C sont les mêmes, il suffit de chercher quelle valeur
enlever à chaque mesure (qui correspond à l'erreur commise) pour que les arcs de cercle ne se coupent
en un même point.
Dans un espace 3D, la même stratégie sera utilisée, il faudra donc un quatrième satellite pour déterminer
la position exacte, en fait le récepteur recalculera les distances obtenues en faisant varier la valeur de t
(erreur de synchronisation des horloges) jusqu'à obtenir un seul point d'intersection des distances pour
les 4 satellites
Connaissant les positions des satellites à l'heure d'émission des signaux, et les pseudo distances
mesurées), le calculateur du récepteur est en mesure de résoudre un système d'équations dont les quatre
inconnues sont la position du récepteur (trois inconnues) et le décalage de son horloge par rapport au
temps GPS. Lorsque plus de quatre satellites sont visibles (ce qui est très souvent le cas), le système
d'équations à résoudre est surabondant : la précision du calcul est améliorée.
Cependant différents éléments peuvent constituer des sources d'erreur :






La précision de la position obtenue dépend de la géométrie du système : si les satellites visibles
se trouvent tous dans un cône d'observation de faible ouverture angulaire, la précision sera a
priori moins bonne que s'ils sont répartis régulièrement dans un large cône. Les effets de la
géométrie du système de mesure sur la précision sont décrits par un paramètre : le D.O.P. (pour
Dilution Of Precision : atténuation ou diminution de la précision) : le "HDOP" se réfère à la
précision horizontale, le "TDOP" à la précision sur le temps, le "VDOP" à la précision sur
l'altitude. La précision espérée est d'autant meilleure que le D.O.P est petit.
La relativité restreinte et la relativité générale interviennent de façon fondamentale également
La première implique que le temps ne s'écoule pas de la même façon dans le référentiel du
satellite, parce que celui-ci possède une grande vitesse par rapport au référentiel du récepteur.
La seconde explique que la plus faible gravité au niveau des satellites engendre un écoulement
du temps plus rapide que celui du récepteur. Le système tient compte de ces deux effets
relativistes dans la synchronisation des horloges. Par exemple les fréquences émises sont
légèrement décalées (4,5 ppm) pour être reçues au sol avec leur valeur réelle.
La présence d'humidité et les modifications de pression de la troposphère modifient l'indice de
réfraction n et donc la vitesse et la direction de propagation du signal radio. Si le terme
hydrostatique est actuellement bien connu, les perturbations dues à l'humidité nécessitent, pour
être corrigées, la mesure du profil exact de vapeur d'eau en fonction de l'altitude, une
information difficilement collectable, sauf par des moyens extrêmement onéreux comme les
lidars, qui ne donnent que des résultats parcellaires. Les récepteurs courants intègrent un
modèle de correction.
Le deuxième facteur de perturbation est l'ionosphère. Cette couche ionisée par le rayonnement
solaire modifie la vitesse de propagation du signal. La plupart des récepteurs intègrent un
algorithme de correction mais en période de forte activité solaire, cette correction n'est plus
assez précise. Pour corriger plus finement cet effet, certains récepteurs bi fréquences utilisent le
fait que les deux fréquences L1 et L2 du signal GPS ne sont pas affectées de la même façon et
recalculent ainsi la perturbation réelle
L'effet canyon, particulièrement sensible en milieu urbain, consiste en l'occultation d'un satellite
par le relief (un bâtiment par exemple); ou pire encore, en un écho du signal contre une surface
qui n'empêchera pas la localisation mais fournira une localisation fausse : c'est le problème des
multi trajets des signaux GPS.
Au final un récepteur GPS possédera une précision de l'ordre de 10 m pour un récepteur grand
public, celle-ci étant bonne dans ses composantes latitudinales et longitudinales beaucoup plus
faible dans sa composante altitudinale.
Le principe du DGPS est basé sur le fait qu'en des points voisins, les effets des erreurs de mesure, comme
d'ailleurs les effets des erreurs ajoutées volontairement, sont très semblables : il suffit donc d'observer
en un point connu les fluctuations des mesures, et de les transmettre à un récepteur observant les mêmes
satellites, pour permettre à celui-ci de corriger une grande partie des erreurs de mesure, qu'elles soient
liées au satellite (horloge), aux conditions de propagation (effets troposphériques, etc.) ou à des
fluctuations volontaires du signal émis.
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On peut ainsi passer d'une précision de l'ordre de 10 à 20 mètres à une précision de 5 à 3 mètres sur une
grande zone (plusieurs centaines de kilomètres). Le DGPS est basé sur un ensemble de stations fixes,
dont la position est connue exactement ; elles reçoivent les signaux des mêmes satellites que les
terminaux mobiles présents dans leur zone d'action, et elles estiment en permanence l'erreur locale de
positionnement du GPS en comparant la position calculée avec leur position réelle. Cette information
est transmise par radio ou par satellite.
Le mode " différentiel " existe en plusieurs variantes ; la plus élaborée utilise la mesure de la phase des
signaux reçus (GPS RTK), et non le code binaire pour calculer les pseudo distances ; à partir d'une station
située sur un point connu distant de quelques kilomètres, on obtient ainsi à l'aide du GPS des positions
précises à quelques centimètres près dans les trois dimensions (GPS géodésique ou cinématique), ce qui
permet de l'utiliser non seulement pour des levers, mais aussi pour des implantations en topographie.
On peut même atteindre quelques millimètres avec des logiciels de traitement très élaborés utilisés en
temps différé.
Application en géophysique
Il existe différentes applications en géophysique du système GPS. La première consiste en l'étude des
déplacements des plaques lithosphériques. Parmi tous les outils géodésiques terrestres et spatiaux
dédiés à cette tâche (théodolithes et distancemètres " classiques ", VLBI, SLR, LLR, DORIS, ...), le GPS
est particulièrement bien adapté à la mesure de la déformation dans une zone donnée. Grâce à sa
précision, à son coût relativement faible, à sa facilité de mise en œuvre, à la possibilité qu'il offre de
mesurer des points sans visibilité, il est possible de faire rapidement et à moindre coût un grand nombre
de mesures sur une zone donnée. Le principe est simple. Un point est matérialisé par un repère
géodésique, en général une broche métallique enfoncée dans un affleurement rocheux solidement lié au
substratum. A l'aide d'un trépied associé à un viseur optique, ou bien en boulonnant directement, il est
possible de placer l'antenne GPS exactement à la verticale du centre du repère, à une hauteur
déterminée. La mesure GPS de la position de l'antenne fournit alors la position du repère. Il suffit de
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mesurer à nouveau la position de ce repère quelques temps après pour détecter un déplacement et en
déduire une vitesse. La déformation dans une zone considérée est donnée par la mesure des
déplacements d'un certain nombre de points répartis sur la zone considérée. Cet ensemble de points
constitue un réseau géodésique.
Repère géodésique
En pratique, compte tenu de l'obligation de faire des mesures différentielles et de l'obligation de faire
des mesures suffisamment nombreuses et durant assez longtemps, il est nécessaire de mesurer les points
du réseau simultanément pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours. Typiquement on effectuera
une mesure toutes les 30 secondes, pendant 3 jours, sur tous les satellites visibles à chaque instant. Cela
représente une moyenne de 30 000 à 40 000 mesures par point. Evidemment, le temps de mesure est
conditionné par la précision requise. Pour une précision de quelques centimètres, il sera suffisant de
mesurer pendant une durée de l'ordre de l'heure.
Carte avec vecteur de déplacement des plaques
D'autres applications sont possibles comme la surveillance d'une faille. Les américains furent les
premiers à envisager l'application du système GPS à la géophysique. L'une des préoccupations majeures
des pouvoirs publics en la matière est l'étude du risque sismique en Californie. Dans cette région du
monde, le coulissement de deux plaques tectoniques le long de la faille de San Andreas provoque
régulièrement des séismes dévastateurs, comme ceux de San Francisco et Los Angeles dernièrement. En
mesurant les positions de points répartis de part et d'autre de la faille, et les mouvements de ces points
au cours du temps, il est possible de cartographier celle-ci précisément. L'analyse de la déformation de
la surface du sol dans la région de la faille donne des informations sur la profondeur de la fracture, la
longueur des segments actifs, les zones où le risque de séisme est le plus important, etc.
D'autre part, après un séisme, la mesure GPS donne accès au déplacement total du sol occasionné par
celui-ci. Cette information est particulièrement utile pour la compréhension des mécanismes
fondamentaux de la rupture sismique. Enfin, il est même possible de mesurer la position de points GPS
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pendant un séisme. En calculant la position du point à chaque mesure, on peut littéralement voire le
point se déplacer pendant les quelques dizaines de secondes que dure le tremblement de Terre. Si ces
points sont bien répartis, on peut également voire la rupture se propager le long de la faille. Là encore,
toutes ces informations permettent d'analyser la propagation des ondes sismiques, et les mouvements
de la surface qui en résultent. Ce type de réseau est maintenant mis en place autour d'un grand nombre
de failles actives de part le monde : au Japon, en Indonésie, en Birmanie, ou encore en Turquie.
De la même façon, il est possible de surveiller la déformation du cône d'un volcan en activité. Avec
quelques points GPS judicieusement placés et mesurés en continu, on peut suivre jour après jour les
déformations dues à la monté de lave. Ces mesures sont utiles aux volcanologues pour quantifier les
phénomènes associés à une éruption. On peut également imaginer acquérir un pouvoir de prédiction,
une fois ces phénomènes bien connus. Actuellement, de telles mesures sont en cours sur différents
volcans tels que l'Etna, le Piton de la fournaise en Martinique, la Soufrière en Guadeloupe, ou le Merapi
en Indonésie.
14
FICHES TECHNIQUES
METTRE EN FORME DES DONNEES RECUPEREES SUR LE WEB DANS QGIS
De nombreux sites institutionnels permettent de télécharger des données lisibles sur un SIG. Elles sont
classées en deux catégories :


Des images de type RASTER géoréférencée (TIFF, BMP JPEG2000) constitués par des pixels
auquel sont attribuées une ou plusieurs valeurs
Des données vectorielles (Shapefile .shp) qui permet d’afficher des points, des lignes ou des
surfaces avec des informations associées.
Très souvent lorsque l’on ouvre ces fichier téléchargés sur Qgis le résultat est très décevant et ne
ressemble pas a ce qui est attendu, ceci s’explique par la nécessité de mettre en forme les données
Exemple de mise en forme d’une image RASTER
Sur le site de l’Europeean Soil Portal, on a téléchargé des données sur la sensibilité du sol à l’érosion et
afficher l’image qui apparait de la manière suivante
En cliquant dans la colonne de gauche sur le nom de la couche, la fenêtre de propriété de la couche
apparait et la fonction STYLE permet de comprendre comment l’image a été obtenue :
15
L’image apparait en nuance de gris, chaque pixel se voit attribué une nuance en fonction de sa valeur.
Très généralement ce genre de carte apparait avec une légende ou est attribué une couleur pour une
gamme de valeur donnée. Qgis permet de réaliser ce type de représentation. On commence par modifier
le type de rendu en sélectionnant Pseudo-Couleur à bande unique, ce qui signifie que nous pourrons
attribuer une couleur à un intervalle de valeur
La fenêtre style est modifié et permet de créer sa légende :
Bande : Il s’agit des gammes de valeur
associés au pixel, il n’y a souvent qu’une
seule gamme mais si on a faire à une
composition colorée (ex image satellite)
plusieurs gammes sont possibles
Interpolation des couleurs : On
peut sélectionner le mode discret
(généralement utilisé en cartographie)
qui attribue strictement une couleur à
intervalle de valeur, ou linéaire ou le
logiciel créer un nuancier de couleur
entre les deux valeurs extrêmes de
l’intervalle
On utilise en suivant l’icône + pour créer ces catégories. Dans le tableau on peut ensuite entrer la valeur
maximale de l’intervalle. Pour la première ligne la valeur minimale sera 0, pour les autres lignes, la
valeur minimale sera la valeur maximale de la catégorie précédente. On doit également préciser
l’étiquette à savoir ce qui sera affiché comme légende. Il est possible d’enregistrer ce découpage pour
l’appliquer à une autre image en cliquant sur la petite disquette. Ici le découpage est celui de l’utilisateur,
Qgis permet de découpages automatiques par équipopulation en sélectionnant préalablement le nombre
de catégorie (bien penser à cliquer sur classer quand on veut utiliser cette fonction !)
16
Avec le nouveau découpage l’image devient celle-ci :
Exemple de mise en forme d’une image VECTORIELLE
Sur le site du ministère de l’environnement, le fichier
correspondant à l’occupation des sols dans le département 33 a été
récupéré. Son ouverture dans Qgis donne le résultat suivant :
En regardant de plus près, on voit bien
des parcelles délimitées, mais elles
apparaissent de la même couleur,
néanmoins chacune d’entre elle contient
des informations qui lui sont propres,
comme le confirme l’usage de l’outil
information (icône dans la barre d’outil)
En cliquant sur la parcelle apparait une
fenêtre avec les informations associées.
Certaines permettent la création de la
couche, d’autres sont ajoutées pour
fournir des données. Ici l’occupation des
sols est fournie sous la forme d’un code
(ici 311) et stockés sous l’intitulé
CODE_06. La lecture d’une image en
utilisant ce procédé n’est pas aisé, on va
donc modifier l’affichage.
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On commence par modifier le type de rendu, en cliquant dans la colonne de gauche sur le nom de la
couche, ainsi la fenêtre de propriété de la couche apparait et la fonction STYLE.
Par défaut l’affichage se fait par symbole unique, qui est ensuite arbitrairement coloré, ce qui conduit à
créer une couche avec des parcelles uniformes. On commence donc par modifier l’affichage de façon à
ce qu’il soit catégorisé, puis on sélectionne la catégorie (colonne) (ici CODE_06), on sélectionne ensuite
une palette de couleur et enfin on clique sur Classer. On obtient le résultat suivant
Désormais chaque parcelle se voit attribué une couleur, il est possible de modifier l’étiquette de façon à
ce que la légende s’affiche avec le type d’occupation de sol, pour ce faire il faut disposer de la
nomenclature qui relie le code avec l’occupation du sol (disponible dans le dossier téléchargé)
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On cherche parfois à ne disposer que de quelques-unes de ces parcelles, par exemple on peut vouloir
désirer ne travailler que sur les parcelles correspondant aux agrosystèmes (Code en 200), pour ce faire
on va utiliser un des outils de sélection de la barre d’outils.
En cliquant dessus une fenêtre apparait
En haut à gauche les différentes
fonctions que l’on peut utiliser, ici
on cherche toutes les entités
possédant un CODE_06 ayant une
valeur entre 200 et 300. On
sélectionne donc dans cette fenêtre
dans le menu Champs et
valeurs, le champ CODE_06 en
cliquant dessus ce champ apparait
dans la fenêtre du bas. En haut à
droite une aide explique comment
utiliser cette fonction et juste en
dessus on peut faire apparaitre les
différentes valeurs ce champs.
En utilisant cette fenêtre on
sélectionne 211 après avoir
préalablement
cliqué
sur
l’opérateur =, ce faisant si on clique
sur Sélection (en bas à droite),
toutes
les
parcelles
ayant
leCODE_06 = 211 se colore en
jaune
Dans cet exemple, on cherche tous les agrosystèmes il faut donc ajouter dans notre expression que
d’autres conditions sont recherchés. Pour ce faire on utiliser l’opérateur OR disponible dans le menu
Conditions. Après avoir cliqué sur Sélection apparaissent en jaune les parcelles recherchées.
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Il est possible d’exporter cette couche comme une couche à part entière. Pour ce faire on utilise le menu
Couche puis Enregistrer la sélectionne comme fichier Vectoriel
Le résultat final (après modification de la légende est le suivant :
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LE COMPOSEUR D’IMPRESSION DE QGIS
Qgis possède une fonction permettant la création de carte complexe, si cette fonction est plutôt destinée
aux géographes dans ses fonctions les plus complexes, son utilisation en lycée est intéressante dans le
cadre de la production d’un document réponse de type numérique (compétence exigée désormais dans
le cadre ECE.
Cette fonctionnalité s’appelle un composeur d’impression.
Considérons la vue suivante :
Dans le menu on sélectionne PROJET puis NOUVEAU COMPOSEUR
D’IMPRESSION. Après avoir choisi un titre une nouvelle fenêtre
apparait :
On utilisera que les fonctions de bases de cet outil qui sont située dans
la barre d’outils horizontal et dans la barre d’outils vertical.
1. On commence en plaçant la vue de notre fichier en utilisant l’icône ajouter une nouvelle
carte. Délimiter avec la souris l’emprise désirée sur votre page, et l’outil génère
automatiquement la vue. Dans la colonne de droite apparaissent différents onglets :
 L’onglet COMPOSITION permet de définir les propriétés de votre composition
 L’onglet PROPRIETES DE L’OBJET permet d’accéder à différentes fonctionnalités
permettant d’agir sur la carte
2.
On place ensuite la légende en sélectionnant l’icône ajouter une nouvelle légende, on
double clique sur la position souhaitée dans la composition, et la légende apparait (elle ne
contient que les données sélectionnées
3.On place ensuite une échelle sélectionnant l’icône ajouter une nouvelle échelle graphique on
double clique sur la position souhaitée dans la composition, et la l’échelle apparait (celle-ci est
évidemment adaptée à l’emprise de votre carte
4.
On finit en mettant un titre grâce à l’icône ajouter une étiquette, que l’on remplit en
utilisant la fenêtre de la colonne de droite.
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On obtient le résultat suivant :
On a ici généré sur la composition une deuxième carte (ici de situation), pour ce faire on a modifié
l’affichage dans la fenêtre principale de Qgis puis on est revenu dans le composeur pour ajouter une
nouvelle carte. ATTENTION ! Lorsque l’on modifie l’affichage dans Qgis, le composeur met
automatiquement à jour les cartes de la composition, si vous souhaiter conserver la vue précédente (pour
par exemple faire une comparaison de deux cartes) il faut préalablement :


Sélectionner le bouton Verrouiller les
couches pour cette carte (si vous afficher
plusieurs couches d’information) dans la
menue carte de l’onglet Propriétés de l’objet
Cliquer sur l’icône verrouiller l’objet
Le travail peut être ensuite exporté en format image, en PDF.
22
UTILISER UN MNT (DEM en anglais) DANS QGIS
1. Définition
Il s'agit d'une représentation numérique du relief donc des valeurs d'altitude d'une zone donnée. On
peut en dériver des indications sur les valeurs de pentes et d'exposition et sur les formes de la surface
topographique d'une zone géographique donnée. Si l'on représente uniquement l'altitude du sol nu, on
parle de MNT. Si l'on prend en compte les hauteurs de tous les objets placés sur celui-ci comme les
bâtiments et la végétation, ce que l'on appelle le « sursol », on parle alors de Modèle Numérique
d'Altitude (MNA). Un MNT peut prendre la forme de fichiers vecteurs (points, polylignes où chaque
entité porte l'information altimétrique), d'un fichier raster (où chaque pixel ou cellule porte
l'information altimétrique), d'un Réseau de Triangles Irréguliers (TIN) et peut donc se décliner en
plusieurs formats :


vectoriel: .xyz, .dwg, .dxf, .shp, .las…
raster : ASCII Grid, Mapinfo Grid, .tif, .kmz, .png…
Le MNT sert principalement à représenter les formes topographiques d’un site. La schématisation 3D
de la surface du sol, sans construction ni végétation, aboutit à la création d’un référentiel topographique
très précis.
2. Se procurer un MNT
Il existe de plusieurs sources de MNT, en particulier à l’échelle mondiale ou européenne mais la
résolution spatiale est souvent faible, au niveau de la France l’IGN permet de télécharger gratuitement
des MNT (BD Alti) jusqu’à une résolution 75m : http://professionnels.ign.fr/bdalti. Si vous télécharger
le fichier à une résolution de 75m après dezippage vous obtiendrez un dossier contenant différentes
dalles en format asc (format Raster) avec une projection de type Lambert 93 (projection « classique »
pour la France. Une résolution de 30 m est téléchargeable sur le site de l’agence européenne de
l’environnement : http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/eu-dem#tab-original-data avec
23
différentes dalles couvrant l’Europe et donc la France en format GéoTiff avec une projection de type
ETRS 89 (projection pour l’Europe)
3. Ouvrir le fichier MNT dans Qgis
Pas de difficulté, le fichier est un raster il suffit de demander à ajouter un fichier Raster et le fichier
s’ouvre. Il apparait comme une carte hypsographique c'est-à-dire qu’une nuance de gris est appliquée
en fonction de l’altitude. Il est possible d’utiliser une gamme de couleur en utilisant la fonction STYLE
(en double cliquant sur le nom de la couche pour accéder aux propriétés de l’objet puis en sélectionnant
le bouton STYLE), et en sélectionnant le mode Type de rendu puis Pseudo-couleurs à bande unique.
Trois cas de figure peuvent se présenter concernant la zone ouverte :



Elle correspond exactement à ma zone d’étude
Elle est plus grande que ma zone d’étude
Elle est plus petite que ma zone d’étude
Les deux derniers cas de figure vont obliger à réaliser des opérations sur les fichiers RASTER.

Si ma zone d’étude est plus grande, je dois donc ouvrir plusieurs dalles :
Un problème d’affichage apparait alors. Qgis
pour améliorer l’affichage utilise les valeurs
maximales et minimales (qui correspondent
ici à des altitudes) pour définir les bornes qui
vont lui permettre d’étirer sa gamme de
nuance de gris, or ces bornes sont propres à
chaque image. Il faut donc pour harmoniser
la représentation spécifier manuellement ces
bornes. On utilise la fonction STYLE pour
rentrer la valeur minimale et la valeur
maximale en tenant compte de toutes les
dalles utilisées pour la graduation de la
couleur.
24
Très
généralement, on
privilégiera de
fonctionner avec une seule dalle ce qui est plus
simple pour réaliser différentes opérations
(néanmoins attention au poids des dalles, car
associer des rasters peut conduire à des fichiers
très volumineux qui vont ralentir les
traitements).
Pour associer des fichiers Raster on utilise la fonction FUSIONNER
Une fenêtre s’ouvre permettant l’opération :
-
On sélectionne les fichiers sources
On donne un nom au futur fichier issu de la fusion
On clique sur OK et le fichier est crée
Remarque : Qgis semble avoir des difficultés avec des fichiers au nom
trop long ou au chemin d’accès trop long, ce qui oblige parfois à
renommer préalablement les fichiers et parfois à les déplacer dans un
dossier plus près de la racine
25

Si ma zone d’étude est plus petite, je dois découper une dalle:
Pour ce faire on utilise la fonction Découper
Une fenêtre s’ouvre permettant l’opération :
-
On donne un nom au futur fichier issu du découpage
On réalise un carrée de sélection de la zone désirée
26
4. Obtenir de nouvelles couches modifiant l’affichage de la couche MNT
L’affiche par défaut d’un MNT n’est pas toujours facile à interpréter. Différents traitements permettent
d’obtenir un autre rendu. Dans ce cas il s’agit d’un traitement qui conduira à l’obtention d’Trois
possibilités sont offertes :
-
Le mode pente qui accentue les dénivelés, en niveau de gris mais auquel on peut associer une
palette
Le mode relief qui utilise une palette de couleur et modifie la codage RVB afin d’accentuer les
reliefs
Le mode ombrage qui permet d’obtenir les ombres provoqués par le relief (partir d’un éclairage
défini et qui peut être ensuite avec une autre image que l’on rend partiellement transparent.
Ces trois modes sont situés dans le menu
ANALYSE DE TERRAIN
Pour l’ombrage et la pente
-
On donne un nom au futur fichier
A gauche : mode pente en nuance de gris
A droite : mode pente après application d’une gamme de couleur
27
Ci-dessous : La première image présente le résultat du traitement ombrage, la seconde correspond à la
même image sur laquelle on a superposé une image (Ortho 5m) rendu très légèrement transparente
Pour le relief, la démarche est la même, mais il faut créer la gamme de couleur, on clique sur création
automatique, les catégories appariassent, il est alors possible de les modifier. ATTENTION la création
automatique génère des bornes en fonction des valeurs minimales et maximales de l’image, elles sont
différentes entre chaque image, donc si on utilise plusieurs dalles par exemple il faut normaliser les
valeurs.
28
Les deux images suivantes sont des traitements relief, la première utilise la création automatique, dans
la seconde les valeurs ont été rentrées manuellement (pas de 500m)
5. Obtenir les courbes de niveau à partir du MNT
Il est possible de faire apparaitre à partir du MNT les isohypses (lignes d’égales altitudes), pour ce faire
on utilise la fonction CREATION DE CONTOUR.
-
On sélectionne le fichier source (MNT)
On donne un nom au futur fichier, il s’agira d’un fichier de type vecteur (format shapefiles) de
type lignes
On sélectionne NOMN D’ATTRIBUT, ce qui permettra qu’à chaque ligne on puisse afficher la
valeur de l’altitude
29
Le menu Etiquette (que l’on obtient dans la fenêtre de propriété après un double clic sur le nom de la
couche dans la colonne de gauche) permet de d’étiqueter cette couche avec l’élévation.
30
Remarque : il est possible d’afficher des MNT via le protocole WMS (c'est-à-dire via la connexion à un
serveur) c’est le cas du MNT du BRGM, dans ce cas aucune opération n’est possible sur ce type de fichier,
son affichage peut, par ailleurs être couplé avec les MNT de type BDalti.
Ci-dessus : Affichage simultané du MNT du BRGM (légèrement transparent) sous forme de vecteurs,
avec des isohypses et un ombrage extrait d’un MNT de la BD alti de l’IGN
31
6. Afficher en 3D un MNT
Il est possible de réaliser une visualisation en 3D d’un MNT.
Différentes possibilités existent dans Qgis (utilisation d’outil
GRASS par exemple) mais une méthode simple consiste à
installer l’extension appelée Qgis2threejs (menu Extension)
Une fois l’extension installer, aller dans le menu INTERNET et sélectionner cette extension, la fenêtre
suivante s’ouvre :
-
Dans le menu DEM, sélectionner votre MNT, puis cliquer sur RUN. Le résultat apparait dans
votre navigateur WEB sous la forme d’une page HTML
On choisira généralement de recouvrir la structure 3D (mapping) par une autre couche (image satellite,
photographie aérienne). Cette possibilité est inscrite dans le menu DISPLAY TYPE, il faut alors
sélectionner dans LAYER IMAGE l’image.
32
Il est également possible d’afficher des couches vectorielles, en les sélectionnant préalablement dans la
colonne de gauche de la fenêtre en tenant compte du type de fichier vectoriel (point, ligne, polygone)
7. Résolution d’un MNT et utilisation
Il existe différentes résolutions MNT, plus elles sont fines et plus elles sont lourdes pour les traitements,
il est donc indispensable de sélectionner une résolution en adéquation avec l’objectif du projet.
Différents niveaux de pixellisation en fonction du MNT choisie :
 En haut à gauche : image satellite de référence Pléiade (résolution 50cm) ; à droite MNT de
résolution 250 m
 En bas à gauche MNT de résolution 70 m ; à droite MNT de résolution 30 m
33
Cette différence s’applique aux différents traitements possibles et peut être spectaculaire comme par
exemple dans le cas des délimitations des isohypses.
34
UTILISER DES DONNEES LANDSAT DANS TERREIMAGE
Le plugin TerreImage a été développé prioritairement pour traiter les images Pléiades ou Spot,
néanmoins il est possible de l’utiliser pour travailler sur des images des satellites LANDSAT. Les
données des satellites LANDSAT sont distribuées gratuitement et sans licence d'utilisation par leur
propriétaire l'USGS 10. Elles sont fournies au niveau L1T, qui correspond à des données ortho-rectifiées
(avec points d'appuis) exprimées en réflectances au sommet de l'atmosphère. Pour la France, des
données de Niveau 2A, exprimées en réflectance de surface après correction atmosphériques, et
accompagnées d'un masque de nuages et d'ombres de nuages sont également disponibles gratuitement
et sans licence d'utilisation
1. Récupérer des données LANDSAT
Les données Landsat sont accessibles depuis le Web, soit via des outils de visualisation, soit via des outils
permettant à la fois la visualisation et le téléchargement, c’est le cas du portail de l’institut géologique
étatsunienne USGS (US Geology Survey) EarthExplorer.
Ce portail est situé à l’adresse suivante : http://earthexplorer.usgs.gov/
L’utilisation du portail se fait par étape proposé sous forme d’onglet :
1. « Search Criteria » : cet onglet permet de définir la zone géographique
ciblé. On peut utiliser le moteur de recherche en tapant le nom d’un site,
ville ou région, ou utiliser les outils de navigation de la carte voir se servir
des coordonnées géographiques. Il est ensuite possible de définir les dates
pour lesquelles on recherche des données. Si aucune plage n’est définie,
le portail affichera les données des plus récentes au plus anciennes
(attention le nombre de résultat est limité à 100)
35
2.
« Data set » : cet onglet permet de choisir les données
recherchées, une grande partie des données couvrent exclusivement le
territoire US mais certaines comme les données Landsat couvrent
l’ensemble du globe. Il faut ensuite sélectionner le satellite de la famille
Landsat dont on souhaite récupérer les données. Le critère étant
généralement la date. La résolution (à l’exception des satellites 1à 3)
étant de 30 m. On privilégiera généralement Landsat 7 et 8.
Dans le menu on choisira donc
« Landsat Archive » puis L8
OLI/TIRS (il s’agit du nom des
instruments du satellite) par
exemple
3.
« Additonnal criteria » : Selon les données il est possible
d’ajouter des éléments de sélection. Il n’est pas nécessaire de compléter
cet onglet
4.
« Results » ; cet onglet permet d’obtenir les différentes données
consultables. Ils apparaissent sous la forme d’une vignette avec une
barre d’icône permettant d’interagir avec ces donnés
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Visualisation sur la carte
Visualisation dans une nouvelle fenêtre
Possibilité de comparer plusieurs données
Informations sur les données
Téléchargement
Ajout dans le panier (pour téléchargement futur)
36
On sélectionne donc téléchargement (il est indispensable préalablement de créer un compte USGS, ce
qui se fait en donnant une adresse mail valide et ces coordonnées ainsi que le secteur dans lequel on
opère. Cette inscription est gratuite)
On sélectionne ici le Level 1 Geotiff Data Product : qui permettra d’obtenir une image géoréférencée et
orthorectifiée
2. Créer des compositions colorées avec les données Landsat
Une fois le téléchargement effectué, et les données décompressées (le travail de décompression ce fait
en deux fois (on décompresse le fichier initial apparait alors un dossier dans lequel il y a un fichier à
décompresser à nouveau) (le format de compression TAR.GZ n’est pas toujours reconnu, le logiciel 7zip
(téléchargeable en ligne et gratuit) fonctionne bien) on récupère un dossier contenant non pas 1 image
mais 11 ! En fait chacun des 9 canaux du capteur OLI et des deux canaux du capteur TIRS donne lieu à
une image. Ces images en nuances de gris peuvent être utilisées directement dans Qgis voir dans
TerreImage mais beaucoup de traitement sont impossibles car TerreImage est plutôt conçu comme un
logiciel ouvrant une combinaison de canaux sous la forme d’un fichier unique. Il est donc préférable de
créer ce fichier unique. Commençons par considérer les canaux de Landsat 8
Les bandes spectrales de l'instrument OLI
Bande spectrale
Longueur d'onde
Résolution
Bande 1 - Aérosols
0,433 - 0,453 µm
30 m
Bande 2 - Bleu
0,450 - 0,515 µm
30 m
Bande 3 - Vert
0,525 - 0,600 µm
30 m
Bande 4 - Rouge
0,630 - 0,680 µm
30 m
Bande 5 - Infrarouge proche
0,845 - 0,885 µm
30 m
Bande 6 - Infrarouge moyen 1
1,560 - 1,660 µm
30 m
Bande 7 - Infrarouge moyen 2
2,100 - 2,300 µm
30 m
Bande 8 - Panchromatique
0,500 - 0,680 µm
15 m
Bande 9 - Cirrus
1,360 - 1,390 µm
30 m
Bandes spectrales de l'instrument TIRS
Bande spectrale
Longueur d'onde
Résolution
Bande 10 - Infrarouge moyen
10,30 - 11,30 µm
100 m
Bande 11 - Infrarouge moyen
11,50 - 12,50 µm
100 m
Les images Pléiades, pour lequel le logiciel TerreImage a été conçu affichent 4 images (Bleu, vert,
rouge, PIR) permettant de faire deux compositions colorées fréquemment utilisé en télédétection
spatiale (Vraies couleurs (RVB) et RVPIR)). Nous allons donc concaténer les images afin de créer un
fichier contenant ces 4 canaux en utilisant le logiciel Qgis
37
Aller dans le menu RASTER puis sélectionner DIVERS
puis FUSIONNER.
Dans la fenêtre qui s’ouvre, on commence par
sélectionner les fichiers à concaténer (Fichiers source),
il est possible de placer préalablement les fichiers dans
un répertoire puis de demander la fusion de tous les
fichiers du répertoire (ici in fait fusionner 4 fichiers
correspondant à 4 canaux différents). On sélectionne
une destination et un nom pour le résultat.
Il est important de sélectionner Pile de couche pour
qu’il s’agisse bien de créer une superposition de
couches correspondant aux différents canaux.
On clique sur OK. Le fichier est créé et directement affiché dans Qgis.
38
3. Ouvrir des compositions colorées Landsat dans TerreImage et Qgis
L’ouverture du fichier se fait suivant les mêmes modalités qu’une image Pléiades dans TerreImage, à
savoir qu’au moment de l’ouverture du fichier, il est possible de spécifier la correspondance entre les
canaux et la composition de couleur de l’image (par défaut on obtient une composition colorée de type
RVPIR).
Dans Qgis, un traitement est nécessaire, car par défaut la composition colorée affiche est R = B2, Vert =
B3, B=B4 ce qui donne une composition BVR au lieu de RVB, il faut donc cliquer sur le nom du fichier
puis aller dans Style et modifier manuellement la composition
39
CYCLE 3 : NOTRE ENVIRONNEMENT
PLAN DE LA SEQUENCE :
-
-
Activité 1 : Découvrir son environnement
o Activité pratique :
o Activité QGIS/TerreImage :
Activité 2 : la matière à différentes échelles la couleur verte : du chloroplaste à la forêt
o Activité QGIS/TerreImage :
ORGANISATION MATERIEL
-
Activité 1 : La séance se situe idéalement après une sortie sur le terrain. Elle permet d’analyser
et de replacer les objets dans l’espace.
Activité 2 : le travail peut être fait sur deux séances :
o La première où l’élève travail sur le logiciel qu’il a déjà utilisé dans la partie 1, et
réalise un dessin d’observation.
o La seconde où il manipule et réalise une observation microscopique.
Matériel :
-
Ordinateur avec Qgis
Une feuille d’un arbre au choix de la région
Un microscope, lame / lamelle
De l’élodée
POSITION DANS LES ENSEIGNEMENTS
Historiquement la notion d’environnement est abordée au début de l’année de sixième. Bien que n’étant
plus officiellement dans les programmes, une sortie dans le collège pour aborder la notion
d’environnement est envisageable.
L’activité se place donc dans le grand thème systèmes naturels, systèmes techniques et propose un lien
entre les deux. On pourra placer cette activité dans la partie « observer la diversité de la matière, à
différentes échelles, dans la nature et dans la vie courante (matière inerte-naturelle ou fabriquée,
matière vivante). » « La matière à grande échelle : Terre, planètes, Univers ».
Dans la continuité du cycle 3, cette activité poursuit le travail mené pour maitriser la notion d’échelle et
de représentation du monde mais peut aussi s’inscrire dans du transdisciplinaire avec la géographie
pour leur partie « découvrir les lieux où j’habite ».
Pratiquer des démarches scientifiques
Concevoir créer réaliser
S’approprier des outils et des méthodes
Pratiquer des langages
Mobiliser des outils numériques
Se situer dans l’espace
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer
des conclusions
Réaliser tout ou une partie d’un objet technique
répondant à un besoin
Garder une trace numérique des recherches
réalisées
Utiliser différents modes de représentation
formalisés : carte
- Communiquer des résultats
- Traiter des données
Contexte géographique
40
PRESENTATION DES ACTIVITES
ACTIVITE 1 : DECOUVRIR SON ENVIRONNEMENT
Mise en situation : Vous souhaitez obtenir une carte légendée utilisable pour votre sortie.
Pour cela vous disposez de :
-
Une image satellite de votre collège
D’un logiciel d’exploitation d’image satellite : Qgis
D’un logiciel pour légender
Protocole :
1. Identifiez-vous sur les ordinateurs et ouvrez le logiciel Qgis
2. Ouvrez ensuite le fichier Bordeaux.tiff en réalisant les étapes suivantes : cliquez « ajouter une
couche raster
puis ouvrez le fichier « Bordeaux.tiff »
3. Zoomez pour trouver votre collège grâce à ces touches
4. Lorsque vous avez trouvé votre collège et qui est placé correctement et suffisamment zoomé,
Réalisez une capture.
Dès lors vous pouvez proposer deux protocoles : l’un avec une légende sous le composeur d’impression,
l’autre avec une légende sous un traitement de texte ou un logiciel type power-point.
5.
capturez l’image à l’aide de l’outil de capture
/ Ouvrez le composeur
d’impression et ajoutez votre carte
6. Ouvrez un logiciel de réalisation de diapositive et collez votre capture grâce à un clique droit.
7.
Utilisez les flèches, boîtes de texte, … pour légender votre photo et vous en faire un plan du
collège sur lequel vous placerez : la cantine, l’entrée principale, le parking, l’environnement
autour (les routes adjacentes avec leurs noms, éventuellement la forêt avec leur nom) vous
pouvez vous aider d’internet.
Si vous avez fini :
1. Repérez votre maison avec un figuré approprier
2. Repérez la route que vous empruntez pour venir grâce aux flèches
41
ELEMENT DE REPONSE :
Prenons l’exemple du collège de Villenave d’Ornon Chamberry
Il est aussi possible de comparer, voir, d’améliorer la résolution avec les images de google earth ou des
photographies aériennes de Bing ou le satellite de google hybride grâce à l’Open Layer.
Dans la même extension, on trouve un outil pour afficher très facilement le nom des routes (google
hybrid layer). Ces noms peuvent être ajouté à la main ensuite lors de la légende ou juste affiché par cet
outil.
42
Deux possibilités s’offrent alors à nous : la légende directement sur Qgis ou la légende sur power point.
1.
Légender sur Qgis avec le composeur d’impression
Un avantage est que l’échelle est déjà faite. Vous devrez ensuite ajouter une carte
2. Légender sur Power-Point/ Open document
Avantage : versatilité du logiciel dont l’apprentissage de l’utilisation pourra être remis à profit
notamment lors des EPI.
43
ACTIVITE 2 : LA MATIERE A DIFFERENTES ECHELLES
LA COULEUR VERTE : DU CHLOROPLASTE A LA FORET
Mise en situation : En voyage à Londres, Paul, étudiant en 4ième se rend à la national Gallery et observe
le tableau « nymphéas, harmonie verte » de Monet, et admire une très grande variété de nuance de vert.
Le guide explique que l’Homme serait capable de visualisé plus de nuance de vert que d’autres couleurs.
La nature étant verte, un être vivant capable de discriminer toutes ces couleurs serait plus apte à
différencier les bonnes des mauvaises plantes. Paul demande alors pourquoi les végétaux apparaissent
verts.
Nymphéa, harmonie verte, Monet
Vous souhaitez répondre à Paul à travers une analyse à différentes échelles : Depuis
l’espace jusqu’à l’intérieur de la cellule expliquez à Paul pourquoi une forêt est verte.
I.
La forêt vue de l’espace
Protocole :
1. Identifiez-vous sur les ordinateurs et ouvrez le logiciel Qgis. Desktop
2. Ouvrez ensuite le fichier Bordeaux.tiff en réalisant les étapes suivantes : cliquez « ajouter une
couche raster
puis ouvrez le fichier « soulac.tiff »
3. Zoomez pour trouver une forêt grâce à ces touches
4. Lorsque vous avez trouvé une forêt suffisamment grande et qui est placé correctement,
capturez l’image à l’aide de l’outil de capture
/ ou utilisez le composeur
d’impression Qgis.
5. Inséré cette image dans un compte rendu papier ou numérique.
6. Comparez les images satellites de forêt en hivers et en été ci-dessous
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ColorImage/page2.php
44
II.
Observation à l’œil nu
Observez et réalisez un dessin d’observation de la feuille que vous avez à disposition.
Utilisez la fiche technique du dessin d’observation.
III.
Observation microscopique
Réalisez une préparation microscopique
a. Prélevez une feuille d’élodée
b. La placer sur une lame
c. Mettre une goutte d’eau
d. Ajouter une lamelle
2. Observez la lame et réalisez un dessin d’observation ou une acquisition numérique que vous
placerez dans un compte rendu.
3. Identifiez les structures qui donne sa couleur verte caractéristique au végétal
1.
Bilan : replacez les éléments à l’échelle en réalisant un schéma bilan des informations que vous ont
apportés ces 3 activités.
IV.
1.
2.
3.
4.
5.
Extraction du pigment (en fonction du temps disponible)
Découper 4-5 feuilles d’épinard, en supprimant la nervure.
Ajouter 2 à 3 pincées de sable.
Recouvrir sans noyer, d’alcool à 90° (qui solubilise les pigments chlorophylliens)
Broyer jusqu’à l’obtention d’un liquide vert très sombre (le broyage détruit les parois
cellulaires).
Filtrer. On obtient une solution alcoolique de chlorophylle brute (solution chlorophyllienne).
Remarque : Cette activité est optionnelle mais permet d’aller jusqu’à la notion de pigment. Le lien à
avec la chimie est possible.
ELEMENT DE REPONSE
Ici le but est plus d’appréhender la notion d’échelle que d’observer exactement la composition de la forêt.
L’observation intéressante est bien entendu la couleur de la forêt visible depuis l’espace dans le domaine
visible.
Dans certaines zones il serait même possible de compter les arbres grâce à leurs ombres portées. Le
parallèle avec l’utilisation de satellite plus ou moins perfectionné peut être fait notamment pour
appréhender la notion de résolution.
45
La coupe dans la feuille étant trop complexe on se propose de prendre de l’élodée comme modèle
identique à la feuille d’arbre étudiée.
Schéma bilan : la couleur verte à toutes les échelles
Un arbre dans la
forêt
Feuille de l’arbre
qui sont vertes
Cellule contenant des
chloroplastes qui sont
verts ce qui explique
la couleur de la forêt
Forêt dont la
couleur verte est
visible depuis
l’espace
46
CYCLE 4 : PAYSAGES ET ECOSYSTE MES
-
-
Activité 1 : Des biotopes visibles à toutes les échelles : Géométrie des zones arides
o Activité QGIS
Activité 2 : Quand l'action de l'homme sur les écosystèmes change les paysages : Irrigation et
faille de San Andréas
-
L’activité 1 peut se présenter sous la forme de deux séances
o La première fera manipuler Qgis et préparera les expériences de la semaine suivante
o La deuxième sera une analyse de document et des résultats des expériences de la
semaine suivante.
Matériel : boîte de pétri, argile verte, bécher, compte-goutte, cuillère. Un microscope, une loupe
binoculaire.
-
L’activité 2 se présente sous une suite de séance sur la tectonique et permet de faire le lien avec
les écosystèmes. Réalisable en quatrième, cette séquence peut être en lien avec l’histoire
géographie dont le programme peut permettre de traiter de l’utilisation de l’eau en particulier
en Californie dans la vallée verte.
-
Pour l’activité 1 : « utilisation de la loupe et du microscope permet : l’observation de structure
géométriques de cristaux naturels et de cellules. », « la matière à grande échelle : Terre,
planètes, Univers ».
Pratiquer des démarches scientifiques
Concevoir créer réaliser
S’approprier des outils et des méthodes
Pratiquer des langages
Mobiliser des outils numériques
Se situer dans l’espace
-
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer
des conclusions
Réaliser tout ou une partie d’un objet technique
répondant à un besoin
Garder une trace numérique des recherches
réalisées
Utiliser différents modes de représentation
formalisés : tableau
- Communiquer des résultats
- Traiter des données
Contexte géographique, notion d’échelle
Pour l’activité 2 : « Expliquez comme l’activité humaine peut modifier l’organisation et le
fonctionnement des écosystèmes en lien avec quelques questions d’environnement globale ».
« les phénomènes naturels, risques et enjeux pour l’être humain ».
47
COMPLEMENTS SCIENTIFIQUES
La rupture de la croûte argileuse qui s'assèche consomme de l'énergie (énergie de rupture). Et la nature
"choisit" toujours la solution qui dépense le moins d'énergie. Ici, la croûte argileuse doit se rompre,
délimiter des fragments jointifs, et minimiser l'énergie de rupture. L'argile va donc "choisir" de se
rompre en formant des fentes qui vont enserrer des éléments ayant le maximum de surface avec le
minimum de longueur de fente (le rapport R (périmètre sur surface) doit être le plus petit possible). La
figure géométrique avec le plus petit rapport R est le cercle ; mais un pavage de cercle n'est pas jointif :
il reste des "entrecercles" qui eux ont un rapport R très élevé... Il ne reste que 3 possibilités de polygones
égaux et totalement jointifs qui recouvrent l'ensemble d'une surface : des triangles équilatéraux, des
carrés ou des hexagones réguliers... C'est le même problème qu'ont des abeilles qui doivent loger leur
larves sans perdre de place (loge jointive sans vide entre elles) et en consommant le moins de cire
possible. Argile et abeilles "choisissent" donc le polygone pour lequel ce rapport R est le plus petit : c'est
l'hexagone.
http://planet-terre.ens-lyon.fr/image-de-la-semaine/Img40-2003-05-05.xml
Il est possible de quantifier l’augmentation de la taille des particules lors de l’hydratation de l’argile.
Observation d’argile pendant l’humidification au MEB
Deux distances sont prises en compte pour mesurer l’évolution du gonflement : longueurs a et b. Elles
ne sont pas perpendiculaires mais basées sur des points particuliers de la particule. Les mesures de ces
deux longueurs sur la grosse particule, obtenues à 60 et 90% d’humidité relative, montrent que : La
distance (a) augmente de 20%. La distance (b) augmente de 11%.
Analyse microscopique des mecanismes de dessiccation et de gonflement des sols argileux Tatiana
Maison, Farid Laouafa, Jean-Marie Fleureau. HAL
Il est facile d’imaginer le phénomène inverse lors de la déshydratation. Des études sont toujours en cours
mais le phénomène inverse à bien été observé avec un effet de précipitation sur les petits grains.
De plus il est possible de relier la quantité de fente ainsi que leur taille à la quantité d’eau initiale Wint.
Sur le graphique suivant, on observe la déformation radiale (a) et la déformation verticale (b).
48
Etude de la fissuration due à la dessiccation des sols gonflants R. Auvray1, S. Rosin-Paumier1, A. Abdallah1, F.
Masrouri (CNRS, UMR 7563), Université de Lorraine, France
ACTIVITE 1 : DES BIOTOPES VISIBLES A TOUTES LES ECHELLES
CONSIGNE ELEVE :
PARTIE 1 : FIGURE DE DESSICCATION DANS LA DEATH VALLEY
Ouvrez l’image proposée et zoomer sur un des bords du lac.
Le lac Badwater
Pour pouvoir zoomer de manière plus précise utilisez le plugging open Layer et google hybride pour
pouvoir avoir une résolution supérieure. Continuez de zoomer.
49
Il est possible d’observer des formes particulières depuis l’espace. Réalisez un dessin d’observation de
ces figures, pour vous aider voici une photographie de ce phénomène depuis réalisée depuis le sol.
Après avoir réalisé les expériences suivantes, et à l’aide du graphique ci-dessous,
expliquez le phénomène que vous avez observé.
Température et précipitation (histogramme bleu) à Victorville dans le désert à côté de la death Valley
50
Expérience 1 : fabriquer son propre système pour observer les polygones de dessiccation.
Matériel :
-
argile
boîte de pétri
cuillère en plastique
bécher + pipette compte goutte
étuve sèche à entre 70 et 100°C
cache noir
Placez de l’argile dans la boîte de pétri et ajouter goutte par goutte de l’eau jusqu’à obtenir une pate
homogène qu’on prendra soin d’étaler uniformément.
Placez le tout dans l’étuve et attendre environ 1H. Pour lire les résultats placez la boîte de pétri sur un
cache noir.
Expérience 2 : observation du phénomène à la loupe binoculaire
Placez un peu de poudre d’argile et observez-la à la loupe binoculaire. Les zones que vous observez sur
l’argile sont appelée fente de dessiccation.
Expérience 3 : l’observation microscopique d’argile
-
-
L’estimation de la taille des particules d’argile au microscope :
Réalisez une observation microscopique : placez une goutte d’eau sur une lame et mélanger une
pointe de couteau d’argile. Ajouter une lamelle et observer. Pour estimer la taille il faut que
l’argile soit très diluée.
Observation des fentes de dessiccation au microscope : pour cela il faut diluer un peu
moins l’argile. Réalisez une nouvelle lame :
o Placer une goutte d’eau et deux à trois pointes de couteau d’argile.
o Observez au microscope le résultat
o Faites une acquisition numérique.
o Laissez sécher la lame à la lumière du microscope ou bien dans une étuve pendant 5
minutes.
o Observez et réaliser une acquisition numérique
o Comparez avec vos observations précédentes
51
ELEMENT DE REPONSE
Expérience 1 : fabriquer son propre système pour observer les polygones de dessiccation.
Résultats : Des fentes de dessiccation sont observables au départ sur les côtés puis au centre en
fonction du temps passé dans l’étuve. Les fentes forment, même à cette échelle des polygones plus ou
moins réguliers, prouvant l’importance de l’argile dans la constitution de ces figures.
Inconvénient : les fentes sont visibles plus rapidement si la quantité d’eau au départ est faible.
Néanmoins la pâte est alors plus difficile à étaler.
L’expérience fonctionne aussi avec un mélange d’argile (60%) et de limon (40%)
Expérience 2 : observation du phénomène à la loupe binoculaire
L’observation de la boîte de pétri réalisée précédemment permet de repérer plus facilement les fentes de
dessiccation.
Observation de l’argile à la loupe binoculaire (x20)
L’argile humide forme des mottes.
Expérience 3 : l’observation microscopique d’argile
L’estimation de la taille des particules d’argile au microscope : 2 protocoles sont
envisageables :
1. Réalisez un frotti. Etalez la pâte sur une lame à l’aide d’une autre lame. Les particules d’argiles
sont observables dans les zones les plus étalées.
2. Réalisez une observation microscopique : placez une goutte d’eau sur une lame et mélanger une
pointe de couteau d’argile. Ajouter une lamelle et observer. Pour estimer la taille il faut que
l’argile soit très diluée. Cette manipulation est plus facile pour l’observation.
-
52
Argile observée au microscope optique (x400)
-
Observation des fentes de dessiccation au microscope : Résultats : L’observation
microscopique avant / après permet de mettre en évidence la rétraction de l’argile mais pas de
polygone au microscope.
a)
b)
Argile avant (a) et après (b) dessiccation observée au microscope optique (x40)
Explication scientifique le polygone de dessiccation En s'asséchant, l'argile se rétracte. La diminution
de surface se fait par ouverture de fentes.
BIBLIOGRAPHIE/SITOGRAPHIE
-
http://planet-terre.ens-lyon.fr/image-de-la-semaine/Img40-2003-05-05.xml
-
Etude de la fissuration due à la dessiccation des sols gonflants R. Auvray1, S. Rosin-Paumier1, A
Abdallah1, F. Masrouri (CNRS, UMR 7563), Université de Lorraine, France
-
Analyse microscopique des mecanismes de dessiccation et de gonflement des sols argileux
Tatiana Maison, Farid Laouafa, Jean-Marie Fleureau. HAL
53
PARTIE 2 : APPLICATION EN AUTONOMIE : LES FORMES GEOMETRIQUES DE
CHAMPS
Utilisez les images mis à disposition pour repérer des formes géométriques de même nature
Ouvrez L’image de Bordeaux pour repérer une forme géométrique simple visible depuis
l’espace.
ELEMENT DE REPONSE :
Il est possible de voir des cultures circulaires à Bordeaux ce sont des champs de l’INRA
Remarque : Il existe ce genre de champ dans le désert en Arabie Saoudite
54
ACTIVITE 2 : QUAND L'ACTION DE L'HOMME SUR LES ECOSYSTEMES
CHANGE LES PAYSAGES : IRRIGATION ET FAILLE DE SAN ANDREAS
CONSIGNE ELEVE :
On s’intéresse aux interactions existant entre la gestion de certains écosystèmes et certains
manifestations géologiques. La région étudiée est la Central Valley en Californie
PARTIE 1 : CARACTERISATION DES AGROSYSTEMES DE LA CENTRAL VALLEY
1.
Ouvrir le fichier de travail Californie.
 Différentes données sont désormais accessibles : la liste apparait dans la colonne de
gauche : Seules celles qui sont cochées sont visibles.
 Etats : carte des Usa avec la délimitation des outils
 County : carte de la Californie avec la délimitation des comtés
 Cities : carte des villes en Californie
 Central Valley : Délimitation de la Central Valley
2. Rendre visible le groupe d‘images Landsat. Repérer les structures identifiables dans la Central
Valley. Que remarquez-vous ?
3. Ouvrir le fichier d’occupation des sols et confirmez vos observations
4. Ouvrir le fichier agrosystèmes de Californie et discuter sur le type de culture observé
Question : Faites un bilan des activités présente dans la vallée, quelles sont les
implications environnementales ?
PARTIE 2 : LES RESSOURCES EN EAU EN CALIFORNIE
1.
A partir des documents 1 et 2, et de l’affichage des usages de l’eau, discuter de l’impact de
l’Agriculture sur les usages de l’eau
2. Afficher les données hydrologiques contenus dans le dossier éponyme. Quelle est la situation
par rapport à l’eau de la vallée centrale californienne
3. Afficher les stations météorologiques californiennes disponibles. Observer la situation de cette
vallée quant à la pluviométrie et à la température. Que remarquez-vous ?
4. Ouvrir les données sur les anomalies de végétations durant l’été 2014. A quel type d’évènement
A-t-on à faire ?
5. Afficher le fichier présentant les forages réalisés dans la zone.
Question : Faites un bilan des stratégies utilisées en Californie pour permettre
l’approvisionnement en eau des zones agricoles de la Central Valley ?
PARTIE 3 : LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DE LA CALIFORNIE
1.
A partir de l’article du document 3 et de l’affichage des données géologiques (plaques
tectoniques, limite de plaques, localisation des failles en Californie et relevés des séismes pour
le mois d’aout 2015), présentez le contexte géologique de la Californie
2. Ouvrir le fichier Station GPS, et relevez les différents mouvements observés par ces stations. A
l’aide du document 4 à 7, montrer l’apport de cette technologie spatiale dans la région
55
3. A l’aide de l’affichage du fichier subsidence et du document 5 expliquer les origines possibles
des mouvement verticaux observés dans la région
4. A partir de l’article proposé au sein document 8, expliquer le lien entre séismes et irrigation
Question : Discutez des conséquences géologiques de l’irrigation de la Central Valley
Complément d’information élève
Document 1 :
Document 2 :
56
Document 3 :
Voyage au cœur de la faille de San Andreas
LA FAILLE GEOLOGIQUE QUI TRAVERSE LA CALIFORNIE GENERE UNE GRANDE CURIOSITE.
ET LA CRAINTE QU'EN SURGISSE UN FATAL "BIG ONE". REPORTAGE EN PLEIN DESERT DANS
LES ENTRAILLES DU MONSTRE.
Ve du
sommet d'une colline formée par le frottement des plaques nord-américaine e
"BIG ONE". C’est un monstre rampant souterrain de 1300 km. Il traverse la Californie en diagonale et
la menace de destructions fatales. "Il", ou plutôt "elle", c’est la faille de San Andreas. La plus connue des
failles géologiques sur Terre, car elle a déjà sévi, notamment lors du fameux tremblement de terre qui a
touché San Francisco en 1906, provoquant un terrible incendie qui a détruit une grande partie de la ville.
Honneur suprême, la faille donne son nom à un film catastrophe hollywoodien, qui sort ce mercredi 27
mai 2015 sur les écrans français et et vendredi aux États-Unis. La Californie vit dans l’angoisse du "Big
One", ce séisme géant, supérieur à 7 sur l’échelle de Richter, qui devrait frapper dans les trente
prochaines années selon les sismologues.
Palmiers et serpents à sonnette
Mais cela ne fait pas peur à tout le monde. Lundi matin, Rachel Christianson et sa famille, originaires
du comté d’Orange, au sud de Los Angeles, ont embarqué à bord d’une jeep de Desert Adventures. Ce
tour operator, basé dans la vallée de Coachella, dans le désert situé à 170 km à l’est de la Cité des Anges,
organise des éco-tours à vocation scientifique. Dont trois heures sur la faille de San Andreas. "Nous
,
avons des visiteurs des quatre coins du monde : États-Unis, Europe, Asie, Moyen-Orient Afrique", dit
Bob Schneider, le patron. "Palm Springs et sa région sont à nouveau à la mode et dans ce désert, il y a
plein d’histoires à raconter".
Le parcours du jour est, il est vrai, très spectaculaire. À cet endroit précis, la faille a créé un paysage
lunaire : le sol que l’on foule est presque blanc et les grands rochers de granit, qui montent à une
quinzaine de mètres, sont d’un gris qui semble varier d’intensité en fonction de la lumière. À l’entrée de
la zone, qui couvre plusieurs kilomètres carrés, un filet d’eau continu sort des entrailles de la terre. Il
permet de nourrir des palmiers qui poussent spontanément, comme de ravitailler les nombreux serpents
à sonnette. La jeep suit un petit chemin balisé, et s’engouffre dans un dédale de roches sorties de terre.
Au sol, le "sable" est en réalité constitué des débris de roches, décomposées à cause des séismes
successifs depuis la formation de la faille, voici 30 millions d’années. Les rochers sont totalement
déformés par la pression exercée en sous-sol.
57
Quand elle craquera, elle craquera fort
Ici, les plaques tectoniques du Pacifique et d’Amérique du Nord se frottent. L’Amérique descend vers le
Sud, alors que la Pacifique remonte vers le Nord. Tout cela, à une vitesse de plus de 2 cm par an. Cette
partie Sud de la faille n’a plus bougé depuis les années 1850. Par conséquent, les sismologues estiment
que lorsqu’elle craquera, elle craquera très fort. Car partout ailleurs, la pression est soulagée
quotidiennement par des tremblements de terre de petite ou de moyenne amplitude. "Le Big One sera
d’une magnitude supérieure à 7, sans doute proche de 8, suivi de nombreuses répliques", explique Gilles
Peltzer, professeur en géologie à UCLA (University of California, Los Angeles). "Les ondes de choc se
propageront pendant plusieurs minutes, rebondissant d’un côté à l’autre du bassin de Los Angeles
comme l’eau rebondit sur les bords d’une cuvette” poursuit-il. “On s’attend à un déplacement des
plaques de 6 à 7 mètres et des amplitudes de mouvement d’un mètre environ".
DOUZE SECONDES. La deuxième métropole des États-Unis et ses 14 millions d’habitants sont donc
directement menacés. Si l’épicentre du "Big One" se situe bien dans la vallée de Coachella, il ne faudra
compter que douze secondes pour atteindre le centre-ville. Les autorités – comtés, mairies, secours – et
des sociétés privées associées ont d’ores et déjà établi un protocole précis de réponse. Plus que les
destructions elles-mêmes et le nombre de victimes, les craintes résident surtout dans les lignes de vie
coupées : acqueducs endommagés, autoroutes détruites, rupture de la grille énergétique. Et donc des
quartiers entiers livrés à eux-mêmes, avec des risques de pillages et d’émeutes armées. Etre prêt est donc
essentiel. Mais pour quand ?
"Il nous est impossible de faire des prédictions, reprend Gilles Peltzer. Les paramètres qui entrent en
jeu dans la physique d’un tremblement de terre sont extrêmement nombreux et encore mal connus. En
revanche nous avons une assez bonne connaissance la faille de San Andreas, du ‘temps de retour’ qui
peut varier de 100 à 350 ans. Nous connaissons également la date du dernier grand tremblement de
terre, en 1857. Nous savons donc qu’il y a suffisamment de ‘contraintes’ pour en générer un nouveau
d’ici une trentaine d’années". En attendant, Rachel se dit "impressionnée". Sa main gauche touche la
plaque Pacifique. Sa main droite, la plaque Amérique
.
Par guillaume serina (france usa media), a palm desert, californie, pour sciences et avenir
Document 4 :
Il existe différentes applications en géophysique du système GPS. La première consiste en l'étude des
déplacements des plaques lithosphériques. Le principe est simple. Un point est matérialisé par un repère
géodésique, en général une broche métallique enfoncée dans un affleurement rocheux solidement lié au
substratum. A l'aide d'un trépied associé à un viseur optique, ou bien en boulonnant directement, il est
possible de placer l'antenne GPS exactement à la verticale du centre du repère, à une hauteur
déterminée. La mesure GPS de la position de l'antenne fournit alors la position du repère. Il suffit de
mesurer à nouveau la position de ce repère quelques temps après pour détecter un déplacement et en
déduire une vitesse. La déformation dans une zone considérée est donnée par la mesure des
déplacements d'un certain nombre de points répartis sur la zone considérée. Cet ensemble de points
constitue un réseau géodésique.
58
Carte avec vecteur de déplacement des plaques
D'autres applications sont possibles comme la surveillance d'une faille. Les américains furent les
premiers à envisager l'application du système GPS à la géophysique. L'une des préoccupations majeures
des pouvoirs publics en la matière est l'étude du risque sismique en Californie. Dans cette région du
monde, le coulissement de deux plaques tectoniques le long de la faille de San Andreas provoque
régulièrement des séismes dévastateurs, comme ceux de San Francisco et Los Angeles dernièrement. En
mesurant les positions de points répartis de part et d'autre de la faille, et les mouvements de ces points
au cours du temps, il est possible de cartographier celle-ci précisément. L'analyse de la déformation de
la surface du sol dans la région de la faille donne des informations sur la profondeur de la fracture, la
longueur des segments actifs, les zones où le risque de séisme est le plus important, etc.
Document 5 :
La subsidence en géologie est un lent affaissement de la lithosphère. On distingue :
-
-
-
-
-
Subsidence par faille : le stress exercé sur la croûte terrestre n'est pas uniforme et des lignes de
faille peuvent s'y créer. Il peut également se développer des failles sous la croûte dans le manteau
plus chaud et fluide. Dans toutes ces failles, la portion de la croûte qui descend par rapport à
l'autre est dite en subsidence.
Subsidence par contraction de la lithosphère : Quand la lithosphère subit un étirement, elle
s'amincit et de l'asthénosphère chaude remonte du manteau dans l'espace créé. Ceci réchauffe
la croûte qui prend alors de l'expansion. Avec le temps, la chaleur se dissipe par radiation et la
lithosphère se contracte causant souvent une subsidence du sol.
Subsidence par effondrement : Ce type de subsidence se produit souvent à proximité ou
directement au-dessus d'ouvrages humains tels tunnels, mines ou carrières, non loin de
forages/pompage d'eau, forage gazier, forage pétrolier ou encore sur les sols où la dissolution
par la pluie ou des pluies acides ou le ruissellement souterrain, comme dans les karsts est
importante et crée des cavités souterraines1. La fonte du pergélisol peut aussi induire de telles
cavités.
Subsidence due à l'exploitation des eaux souterraines : Aux États-Unis, la cause principale de
subsidence dans les paysages est le pompage de l'eau des nappes ce qui réduit la porosité de
roches.
Subsidence par extraction de gaz nature : L'extraction de gaz naturel provenant de poches
souterraines sous haute pression (jusqu'à 60 000 kPa) entraîne un débalancement entre le poids
du sol au-dessus de la nappe et le sous-sol. Ceci peut conduire à l'effondrement ou subsidence
des sols. Par exemple, l'exploitation des champs gaziers des Pays-Bas, région de Slochteren, a
59
débuté à la fin des années 1960 et a conduit à une subsidence de la surface de 30 cm jusqu'à
présent. D'autres types d'extractions peuvent conduire au même effet : mine de sel, extraction
de pétrole ou d'eau de la nappe phréatique.
Document 6 :
Document 7 :
60
Document 8 :
California's Thirst Triggers Earthquakes, Lifts Mountains
One of California's worst environmental disasters can move mountains and cause earthquakes. The
Sierra Nevada and other mountain ranges ringing fertile farmlands in California'sCentral Valley are
springing upward atop land freed of an immense weight — enough water to fill Lake Tahoe.
Thirsty Californians have sucked so much water from beneath the Central Valley that scientists estimate
the Sierra Nevada mountains and Coast Ranges both rose nearly 6 inches (15 centimeters)
since groundwater pumping started in 1860. The Central Valley grows 25 percent of the nation's food,
but most of its water comes from wells, not rainfall.
California's boom-and-bust water cycle not only flexes the Earth, it also triggers earthquakes along the
San Andreas Fault, according to the same study, published today (May 14) in the journal Nature.
"Both the creeping and locked sections of the San Andreas Fault have a seasonal pattern of earthquakes,"
said lead study author Colin Amos, a geologist at Western Washington University in Bellingham. "The
natural signal of the mountains going up and down can explain this pattern."
Heaving Earth
An army of GPS stations reveals mountains surrounding central California's San Joaquin Valley rise and
fall each year by the thickness of a dime (1 to 3 millimeters). Here's why: The weight of rain and snow
delivered by winter storms pushes down the Earth's crust. In the late summer and fall, the water
evaporates and the crust rebounds. Groundwater pumping also peaks in the late summer and fall,
boosting the rebound effect.
As the Earth warps, the movement clamps and unclamps the nearby San Andreas Fault,
triggering earthquakes, the researchers think.
But don’t blame the farmers for earthquakes … yet. In the short term, the natural flexing from rain and
snow greatly outweighs the changes from groundwater pumping, Amos said.
A similar effect takes place in the Himalayas, which experience far more earthquakes in winter than
summer. GPS studies there connected the drenching summer monsoon cycle to changes in the Earth's
crust that lead to more winter earthquakes.
The stress on the San Andreas Fault from winter rains, summer evaporation and groundwater pumping
is similar in size to the effect of nearby large earthquakes, about 1 kilopascal, the researchers calculated.
View looking east toward the Temblor Range in California's Coast Ranges. The trace of the San Andreas
Fault is midway across the right side of the image about halfway across the valley.
However, the study does leave open the possibility that groundwater pumping could give rise to more
damaging earthquakes in central California, Amos said. The long-term upward leap from removing so
much groundwater is much larger than the seasonal effect. Though it's only a few inches, the 150 years
of rebound could bring the San Andreas Fault closer to unleashing another large earthquake, though the
study does not say a quake is imminent. Groundwater pumping triggered a deadly magnitude5.1 earthquake in Lorca, Spain, in 2011.
61
"This study shows that human-induced changes are significant and must be considered in earthquake
hazard analyses," said Paul Lundgren, a geophysicist at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in
Pasadena, California, who was not involved in the study.
"The key aspect to keep in mind is that while they can estimate that the unclamping of the San Andreas
Fault will promote future seismicity there, they do not know what is the current absolute state of stress
on the fault nor how much additional stress accumulation is required to generate the next large
earthquake," Lundgren said.
Moving mountains
The findings also neatly solve a long-standing puzzle in California tectonics — why the southern Sierra
Nevadas are springing up so fast. Several explanations have been proposed, mainly focusing on tectonic
forces such as faults, but the groundwater link is a better fit, the researchers said.
Nearly all of California was in a state of extreme drought at the end of January 2014.
"We can explain the vertical uplift signal in theSierra Nevada entirely with groundwater. It doesn't
require any tectonic forces at all," Amos said.
JPL researcher Don Argus, an expert on tracking the Sierra Nevada's subtle shifts, also agrees that the
groundwater pumping provides a good explanation for the mountain range's steady yearly rise of 1 to 2
millimeters per year. (That’s about a half inch every 10 years.)
"It was hard to resolve the uplift [with] tectonics in the first place," said Argus, who was not involved in
the research. "This is an exciting study."
The Central Valley would be rising, too, if its aquifer weren't missing so much water. Overpumping
collapses sediments near the surface, causing subsidence, and California doesn't regulate groundwater
pumping. Some towns in the Central Valley are sinking at nearly a foot per year. The Central Valley uses
twice as much water as is replenished by rain and snow, and the ongoing drought is prompting farmers
to drill even deeper wells.
ELEMENTS DE REPONSE :
PARTIE 1
L’affichage de la carte initiale est le suivant :
62
L’affichage des données Landsat (mai-juin 2016) révèle une zone occupée par des agrosystèmes
reconnaissable par leurs géométries.
L’affichage du fichier d’occupation des sols révèle que la vallée est très largement exploitée par des
exploitations agricoles
63
L’observation des cultures révèle une grande diversité de cultures, on observe la présence de
nombreuses cultures particulièrement consommatrice d’eau.
PARTIE 2
Les documents proposés permettent d’établir la grande consommation d’eau particulièrement à
destination de l’agriculture, et donc particulièrement dans la vallée centrale
64
On observe la présence d’un réseau de réservoirs naturels ou artificiels important, ainsi que d’un réseau
hydrographique précédent.
L’étude des données climatique révèle un
climat plutôt chaud et sec particulièrement au sud de la vallée. On se trouve dans la situation
paradoxale d’une zone très irriguée en plein cœur d’une zone semi-aride.
65
On observe que la région est également soumise à des épisodes de sécheresse important comme celui
de 2014
66
On observe une densité de forages considérables au sein de certains bassin de la Central Valley.
On observe donc des besoins en eau considérables pour la région, que ne peuvent couvrir les
prélèvements effectués sur les très nombreux réservoirs de la zone. On observe donc un pompage très
intense effectué sur les nappes phréatiques.
PARTIE 3
La Californie est située à la frontière entre plusieurs plaques. Ceci explique une activité géologique très
intense, qui se traduit par l’existence de très nombreux séismes générés par l’activité d’une multitude de
failles associées à un accident principal : La faille de San Andréas. L’ensemble de la Californie est sous
la menace d’un séisme de forte intensité
67
On observe que les séismes sont plus fortement localisés sur les failles bordant la vallée par rapport
aux failles qui sont situés plus sur le centre.
L’exploration des fichiers GPS permet d’observer que pour l’ensemble des stations le déplacement
latitudinal et longitudinal présente des directions et des sens identiques (mouvement de la plaque vers
le Nord West).
Remarque : il est possible de montrer que le coulissement de la faille de San Andréas résulte d’un mouvement
relatif de part et d’autre de la faille résultant d’une différence de vitesse et non pas de mouvements antagonistes
L’étude des variations altitudinales révèle des éléments intéressants :
68
-
On observe un enfoncement caractéristique de la vallée
Cette subsidence semble par ailleurs s’accélérer après 2014 (année de la sécheresse exceptionnelle
ayant touché l’état) et présente des variations saisonnières !
69
L’étude des zones hors de la vallée montre un mouvement inverse, et l’absence d’accélération et une
moindre saisonnalité. Cela semble indiquer que des évènements propres à la vallée modifie les
déplacements habituels de la plaque (ou les plaques).
L’étude du fichier Subsidence montre des évolutions spectaculaires dans certaines zones avec des
valeurs atteignant 9m !
BIBLIOGRAPHIE / SITOGRAPHIE
-
Uplift and seismicity driven by groundwater depletion in central California, Amos, Audet,
Hammond, Burgmann, Johanson, Blewitt, Nature13275
https://www.usgs.gov/ et http://freegisdata.rtwilson.com/
70
CLASSE DE SECONDES : LES AGROSYSTEMES : UN ECOSYSTEME
AMENAGE PAR L’HOMME : « SAUVEGARDE D’UN PARAMETRE
ESSENTIEL DES AGROSYSTEMES : LA LUTTE CONTRE L ’EROSION
DES SOLS »
-
-
-
Activité 1 : Les mécanismes de l’érosion des sols : présentation et modélisation
o Partie 1 : Identifier les mécanismes de l’érosion
o Partie 2 : Modéliser les mécanismes de l’érosion
o Partie 3 : Vulnérabilité aux mécanismes de l’érosion dans différentes terres agricoles
française
Activité 2 : Des zones soumises à l’érosion des sols
o Partie 1 : Exploration d’une zone viticole soumise à l’aléa érosif : Etude de l’activité
viticole dans la région de Montpellier et son impact sur le sol
o Partie 2 : Erosion des sols sableux au Brésil
Activité 3 : Lutter contre l’érosion des sols : De bien étranges paysages
o Partie 1 : Caractériser des pratiques agricoles
-
Type de
données
Localisation
des
agrosystèmes
(RPG 2012)
Occupation
des sols (CLC
90 ; 00 ; 06 ;
12)
Limite
communales
Limite
départements
MNT France
Photographies
aériennes
anciennes
Orthophotographie
5m
Données sols
Europe
Utilisation du logiciel QGIS/TerreImage
o Support image :
 Montpellier (Pléiades ; 50 cm) Novembre 2014
 Bordeaux (Pléiades ; 50 cm) Novembre 2014
 Lannion (Pléiades ; 50 cm) Juin 2015
 Saumur (Pléiades ; 50 cm) Juin 2015
 Toulouse (Pléiades ; 50 cm) Mai 2012
 Villefranche sur Rouergue (Pléiades ; 50 cm) Juin 2015
 La Palouse (Kompsat 2 ;)
o Données SIG :
Format
Traitements
nécessaire
Source
Découpage
Téléchargement
.shp
Modification
légende
Data.gouv
Département
https://www.data.gouv.fr/fr/datasets/registre-parcellairegraphique-2012-contours-des-ilots-culturaux-et-leur-groupede-cultures-majorita/
.shp
Modification
légende
IFEN
Région/
département
http://www.stats.environnement.developpementdurable.gouv.fr/clc/CORINE_Land_Cover__Saisie_Demande.jsp
IGN GEOFLA
France
http://professionnels.ign.fr/geofla
IGN GEOFLA
France
IGN /European
Environnement
agency
Dalle
.shp
.shp
.asc
/geotiff
Extraction
département
Extraction
département
Découpage ou
assemblage
RASTER
IGN : http://professionnels.ign.fr/bdalti
EEA : http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/eu-dem
.jp2
Géoréférencement
IGN
Petites dalles
http://www.geoportail.gouv.fr/actualite/181/telechargez-lescartes-et-photographies-aeriennes-historiques
.tiff
Non
IGN BD Ortho
5m
Dalles par
départements
http://professionnels.ign.fr/bdortho-5m
.shp/Tiff
Non
European Soil
Portal
Europe
http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/
71
Classe de Seconde
Le sol : un patrimoine durable ?
Un sol résulte d’une longue interaction entre les roches et la biosphère, conditionnée par la présence
d’eau et la température. Le sol est lent à se former, inégalement réparti à la surface de la planète,
facilement dégradé et souvent détourné de sa fonction biologique. Sa gestion est un enjeu majeur pour
l’humanité.
COMPLEMENTS SCIENTIFIQUES ET METHODOLOGIQUES
Liste des compléments :





Banque de données sur le sol
Mettre en forme des données récupérées sur le web dans Qgis
Le composeur d’impression de Qgis
Utiliser un MNT dans Qgis
Utiliser des données Landsat dans Terreimage
72
ACTIVITE 1 : LES MECANISMES DE L’EROSION
PARTIE 1 : IDENTIFIER LES MECANISMES DE L’EROSION
CONSIGNE ELEVE :
Vous disposez d’un dispositif modélisant une région avec un sol nu. Proposez une série
d’expérience permettant de montrer :
-
L’origine de l’érosion des sols
Les facteurs favorisant cette érosion
L'EROSION DES SOLS (EXTRAIT L'EROSION DU SOL - CAUSES ET EFFETS MINISTERE DE
L'AGRICULTURE DE L'ONTARIO.
HTTP://WWW.OMAFRA.GOV.ON.CA/FRENCH/ENGINEER/FACTS/89-064.HTM)
L'érosion est un processus naturel sur toutes les terres. Les agents de l'érosion sont l'eau et le vent,
chacun provoquant une perte importante de sol arable.
Erosion hydrique : Le taux et l'amplitude de l'érosion hydrique dépendent des facteurs suivants :
L'intensité des précipitations et le ruissellement : L'impact des gouttes de pluie peut briser les agrégats
et disperser les particules de sol. Les particules les plus fines, comme les sables fins, limons, argiles et la
matière organique, peuvent facilement être emportées lors de l'éclaboussement des gouttes et par le
ruissellement, celui-ci se produit lorsque l'eau sur une pente ne peut pas s'infiltrer assez vite dans le sol
ou être interceptée par des obstacles naturels. Le taux de ruissellement est souvent accru si l'infiltration
est diminuée par la compaction, la formation d'une croûte ou le gel.
La susceptibilité à l'érosion : Le travail du sol et les pratiques culturales qui tendent à abaisser la teneur
du sol en matière organique, à dégrader la structure du sol et à le compacter, contribuent à augmenter
la susceptibilité du sol à l'érosion.
Le gradient et la longueur de la pente : L'érosion hydrique augmente avec la longueur et l'importance de
la pente à cause de l'augmentation du ruissellement.
Végétation : Le risque d'érosion augmente lorsque le sol n'a qu'un faible couvert végétal la végétation
protègent le sol de l'impact des gouttes de pluie et de l'éclaboussement, tendent à ralentir la vitesse de
l'eau de ruissellement et permettent une meilleure infiltration.
Érosion Éolienne : Le taux et l'amplitude de l'érosion éolienne sont contrôlés par les facteurs suivants :
Le climat : La vitesse et la durée du vent ont un effet direct sur l'érosion du sol.
Susceptibilité du sol à l'érosion : Le vent peut mettre en suspension de très fines particules et les
transporter sur de grandes distances. Les particules moyennes et fines peuvent être soulevées et
redéposées un peu plus loin
La longueur exposée des champs : Le manque de brise-vent (arbres, arbustes, résidus de la culture etc.)
permet au vent de mettre en mouvement des particules de sol sur de grandes distances, augmentant
ainsi l'abrasion et l'érosion du sol. Les monticules sont habituellement les plus exposés et en souffrent
davantage.
Le couvert végétal : Le manque de couvert végétal permanent à certains endroits a conduit à une érosion
éolienne considérable. Les sols nus, secs et exposés sont les plus susceptibles ; toutefois, les cultures
produisant peu de résidus offrent parfois une résistance insuffisante.
73
PARTIE 2 : MODELISER LES MECANISMES DE L’EROSION
CONSIGNE ELEVE :
Pour évaluer le risque ou l’aléa associé à l’érosion des sols sur de larges territoires, on crée des modèles
intégrant les différents mécanismes mis en jeu. Il existe différents modèles qui diffèrent en fonction des
facteurs intégrés et des calculs des modalités des influences de ces facteurs. On s’intéresse ici à un
modèle mis au point pour étudier l’érosion des sols dans la région Languedoc Roussillon.
Ce modèle intègre :


des facteurs intrinsèques au sol : Battance et érodibilité
des facteurs extrinsèques au sol : Occupation des sols, relief et climat
On va essayer de comprendre comment sont modélisés les deux facteurs intrinsèques au sol :


La battance traduit la sensibilité des sols à la fermeture de la porosité, formant une croûte
superficielle qui colmate la surface du sol et réduit l’infiltration des précipitations.
L’érodibilité traduit la sensibilité d‘un sol à l‘arrachement et au transport des particules qui le
composent sous l’action des gouttes de pluies et/ou de l’écoulement
Dans le modèle étudié ces deux paramètres sont estimés d’une valeur allant de 1 (faible) à forte (5).
Pour déterminer ces valeurs on applique successivement à la zone étudié 5 règles :




La règle 1 s’appuie sur le taux d’éléments grossiers (pierrosité)
La règle 2 prend en compte la proportion en argile, en sable et en limon. Un horizon est d’autant
plus battant que sa texture est limoneuse. De même, un horizon de surface présentant une faible
teneur en argile favorise l’érodibilité
La règle 3 considère le taux de matières organiques. Lorsqu’il est élevé il diminue le caractère
érodible ou battant du sol.
La règle 4 prend en compte le taux de fer de la strate de surface.
74
Utilisation des règles :
1.
On détermine la teneur en élément grossier (règle 1)
 Celle-ci est supérieure à 50 % alors on utilise la règle 2 de la teneur en argile et on
obtient directement les valeurs recherchées
 Celle-ci est inférieure à 50% on utilise alors le triangle de texture pour obtenir ces
valeurs
2. On affine ensuite la valeur en tenant compte du taux de matière organique et de fer dans le
sol étudié
75
On se propose de calculer ces deux valeurs dans différents sites du Languedoc Roussillon. Pour obtenir
les différentes valeurs permettant l’application des règles, aller sur le site suivant :
http://estrada.orleans.inra.fr/geosol/. On estimera que l’ensemble de la région possède un taux
d’élément grossier compris entre 0 et 50 %. (Document 3)
1. Déplacer vous sur la carte pour rejoindre la ville de
Montpellier
2. Sélectionner dans la colonne de gauche ELEMENT :
ARGILE puis DECOUPAGE GEOGRAPHIQUE : PTE
REGION AGRICOLE puis PERIODE 1990 à 2009 puis
STATISTIQUE : MEDIANE. Utiliser la carte pour
déterminer la teneur en argile d’une région agricole de
votre choix (il peut être judicieux de changer les valeurs
des découpages). Procéder de la même manière pour
déterminer la valeur en LIMONS TOTAUX puis en
SABLE TOTAUX
3. Effectuer la détermination expérimentale proposée
dans le document 3 et comparer avec vos valeurs
4. Utiliser ces trois valeurs et le triangle de texture pour déterminer les valeurs de
battance et d’érodibilité
5. Utiliser les teneurs en matière organique (C org CS (= carbone organique dosé par
combustion sèche)) et en fer (Fe EDTA (Fer dosé par ) et corriger vos deux valeurs
6. Discuter des limites possibles de ce type de modélisation
Document 1
Document 2
76
Document 3
Document 4 : Définir la texture du sol
1.
Pour établir la texture d'un échantillon de sol, commencez par séparer la terre fine*(toutes les
particules inférieures à 2 mm) des particules plus grosses telles que graviers et pierres. La terre
fine est un mélange de sable, de limon et d'argile.
2. Mettez 5 cm de sol dans une bouteille que vous remplissez d'eau
3. Remuez bien le mélange d'eau et de sol, puis laissez reposer pendant une heure. Au bout d'une
heure, l'eau se sera clarifiée et vous verrez que les particules les plus grosses se seront déposées
4. Au fond de la bouteille, se trouve une couche de sable et de gravier, au milieu, une couche de
limon au sommet, une couche d'argile. Si l'eau n'est pas encore claire, c'est qu'elle contient
encore de très fines particules d'argile. A la surface de l'eau, on peut voir flotter des fragments
de matière organique. Mesurez la hauteur des différentes couches de sable, de limon et d'argile
et évaluez la proportion approximative de chacune d'elles (C).
77
L’utilisation de la base de données permet d’afficher et de déterminer les teneurs relatives en argile, en
limon et en sable. Pour le canton de Pignan situé à l’ouest de Montpellier on obtient :
 Argile : 20%
 Sable : 40%
 Limon : 40 %
L’utilisation du triangle de texture donne donc :
 Battance =4 e

Erodibilité = 4
78
La teneur en matière organique étant faible (<2%) et en fer (=3%), les valeurs ne sont pas modifiées.
79
PARTIE 3 : VULNERABILITE AUX MECANISMES
DIFFERENTES TERRES AGRICOLES FRANÇAISE
DE
L’EROSION
DANS
CONSIGNE ELEVE:
Afin d’étudier l’aléa érosif en Europe, les scientifiques ont réalisé de nombreuses campagnes de mesures
associés à différents modèles scientifiques. L’ensemble de ces résultats a permis d’évaluer les risques
pour les territoires européens. Ces travaux ont été compilés sur un portail européen (European Soil
Portal) d’où ont été extrait différentes données que nous étudierons ici afin d’évaluer le risque érosif sur
des agrosystèmes français.
Cette étude sera conduite dans le logiciel Qgis qui est un exemple de Système d’Information
géographique.
1. Ouvrir le fichier Erosion dans le logiciel Qgis.
 Différentes données sont désormais accessibles : la liste apparait dans la
colonne de gauche : Seules celles qui sont cochées sont visibles. Elles sont
regroupées par catégorie
 Informations administratives :
 Pays : Délimite les pays européens
 Département France : Délimite les départements français
 Commune 34, 33, 31, 49 22 : Délimite les communes de ces
différents départements
 Informations agrosystèmes
 Agrosystèmes 34, 33, 31, 49, 22 : Délimite les agrosystèmes
dans ces différents départements selon leur catégorie
(classification Corine Land Cover)
 Viticulture 34, 33, 31, 49, 22 : Délimite les parcelles viticoles
dans ces différents départements (classification Corine Land
Cover)
 Informations Erosion
 Sensibilité à la pluie : Impact de la pluie sur l’érosion en
fonction de la quantité et des intensités des pluies annuelles
 Sensibilité au vent : Impact du vent sur l’érosion selon
l’intensité des vents, la couverture végétale et le type de
paysage
 Sensibilité du sol : Tendance du sol à subir l’érosion en
fonction des caractéristiques du sol (texture, structure,
teneur en matière organique et perméabilité)
 Modélisation du risque érosif : estimation de l’intensité de
l’érosion fondée sur la nature du sol, le climat, l’occupation
du sol et la topographie
 Images Pléiades
 Montpellier Pléiades, Saumur Pléiades, Bordeaux Pléiades,
Toulouse Pléiades, Lannion Pléiades : images Pléiades de
différents sites
80
2.
Sélectionner une des 5 zones proposées (délimitée par l’image Pléiade) et faites
un bilan des sensibilités à l’érosion. Les agrosystèmes vous apparaissent ils
comme plus vulnérable ? Cette étude pourra se faire sous la forme d’une carte
générée par le composeur d’impression du logiciel Qgis
3. Sélectionner à l’intérieur de votre zone, deux territoires pour lesquels le risque
érosif vous parait vraisemblable (l’un de ces territoires devra être nécessairement
constitué par des agrosystèmes) et créer une couche vectorielle de type Polygone
constitué de ces deux territoires
4. Utiliser la carte de modélisation du risque érosif pour observer la situation dans
vos territoires. Proposer une éventuelle origine d’une divergence entre ce modèle
et votre proposition
On considéra ici l’exemple de la région de Montpellier
La zone étudiée dans l’Hérault se situe au Nord de Montpellier (l’agglomération est visible dans le coin
en bas à droite de l’image). On a ajouté ici une couche vectorielle permettant de délimiter cette zone et
on a affiché les limites de commune.
81
On observe que la sensibilité à la pluie est homogène et forte dans la région (régime de pluie
méditerranéen), ce qui n’est pas le cas pour le vent et pour les propriétés du sol avec plusieurs zones
présentant un caractère plus vulnérable soit à l’un soit à ces deux paramètres.
82
Deux zones agricoles sélectionnées sur l’emprise de l’image de Montpellier. Elles correspondent à deux
zones agricoles. Ceci est confirmé par l’utilisation dans Qgis du plugin Google Street View qui permet
une vision depuis le sol.
Les zones étudiées se révèlent au final assez peu concernées par l’érosion.
Cette différence peut s’expliquer par différentes raisons :
1.
Le modèle PESERA in implique des facteurs supplémentaires en particulier la topographie et
le couvert végétal
2. L’utilisation des sols n’est pas complètement considérée et on ne considère pas par exemple le
type d’agrosystème (et donc sa gestion)
83
3. La résolution du modèle entraine un lissage qui ne permet pas d’isoler d’éventuelles zones plus
sensible s mais de taille inférieure à la maille (500m ici)
D’autres modèles (comme le modèle français MESALES) confirment la faible vulnérabilité à priori du
département de l’Hérault.
84
ACTIVITE 2 : DES ZONES SOUMISES A L’EROSION DES SOLS
PARTIE 1 : EXPLORATION D’UNE ZONE VITICOLE SOUMISE A L’ALEA EROSIF :
ETUDE DE L’ACTIVITE VITICOLE DANS LA REGION DE MONTPELLIER ET SON
IMPACT SUR LE SOL
CONSIGNE ELEVE :
De nombreuses études montrent l’impact du type d’agrosystème sur l’aléa érosif. Dans la région
Languedoc Roussillon, des travaux ont été conduits pour s’intéresser à l’impact des pratiques viticoles
sur l’érosion des sols car ont suspecté une influence déterminante (Document 1). Des extraits du rapport
vous sont proposés dans le document 2. On se propose ici de conduire une étude sur une zone viticole
situé au nord de Montpellier afin de discuter des éléments proposés dans le rapport scientifique.
Dans le texte du rapport (document 2) on trouve les deux citations suivantes :
Les vignobles soumis à un aléa érosif fort sont principalement : [..], les Coteaux du
Languedoc autour de Montpellier,
Des vérifications terrain, complétées par l’étude de photos aériennes permettraient de
valider ces observations.
On se propose donc d’étudier une image de la zone située au Nord de Montpellier (Satellite Pléiades ;
résolution 50 cm ; Novembre 2014.
1. Ouvrir le logiciel Qgis et utiliser le module TerreImage afin d’ouvrir l’image de
Montpellier. Ouvrir également le fichier des communes du 34 afin de faciliter le
repérage Par l’observation de l’image délimiter trois zones semblant
correspondre à une zone viticole en créant une couche vectorielle de type
polygone.
2. Afin de valider votre réponse ouvrir ensuite le fichier d’occupation des sols
Viticulture 34, vérifier la cohérence avec votre proposition, puis effectuer un
contrôle final à l’aide du plugin Google Street View.
3. On s’intéresse à la situation de la surface du sol au sein des parcelles viticoles
(Document 3). Pour ce faire on va utiliser le module TerreImage pour réaliser
deux calculs d’indices
a. L’indice de brillance permet de matérialiser les sols nus
b. L’indice de végétation permet de caractériser la végétation
4. Réaliser ces deux traitements (il est conseillé d’appliquer ensuite une gamme de
couleur à l’image obtenue après traitement) et commenter les images obtenues
sur vos différentes parcelles. En déduire l’état de la surface du sol. Discuter de
l’impact potentiel sur l’érosion
Il peut être intéressant, dans la cadre par exemple d’une différenciation pédagogique, de
proposer en suivant aux élèves, une étude complémentaire afin de vérifier si la signature
spectrale de la parcelle est très similaire ou pas à celle d’un sol nu. Pour ce faire on peut conduire
une analyse spectrale utilisant différents traitements
3’. On se propose de comparer plus précisément les valeurs spectrales des parcelles
viticoles avec celle d’un sol nu
 Ouvrir le fichier RPG 2012, le Registre Parcellaire Graphique (RPG)
permettant l'identification des parcelles agricoles (ilots) avec les cultures
majoritaire dans l'îlot. Vérifier la cohérence avec votre détermination
précédente
 Réaliser une étude du profil spectral d’une de vos parcelles et d’une parcelle
d’un sol nu (une représentation sous la forme de courbe est souhaitable. Les
85



résultats vous semble t-il cohérent avec l’hypothèse d’un sol nu entre les
rangs ? Choisir un affichage dans un canal spectral confirmant votre analyse
Réaliser une analyse par angle spectral, en choisissant comme pixel de
référence un pixel issu de l’inter-rang de votre parcelle puis un pixel issu du
sol nu (appliquez des gammes de couleurs). Discuter des résultats obtenus
Réaliser une classification non supervisée de l’image. Discuter des résultats
obtenus.
Faite un bilan de votre analyse spectrale
5. A partir de l’analyse du document 4, confirmer que les zones viticoles constituent
des zones de vulnérabilité à l’érosion
Le rapport écrit également :
Même si la plaine de l’Hérault est peu sensible à l’érosion car les pentes sont faibles,
l’alternance de périodes très sèches et de fortes pluies peut générer des signes érosifs
localement sur certaines parcelles.
6. Ouvrir le fichier Topographie Montpellier et discuter des reliefs présents sur le
site. Ouvrir ensuite le fichier Viticulture 34 RPG et Ortho 5m 34 et prolonger
votre analyse jusqu’au niveau départemental
7. A partir de l’analyse du document 6, confirmer l’analyse climatique du rapport
Le rapport écrit finalement
Enfin, pour estimer la vulnérabilité des vignobles, il faudrait concevoir un indicateur qui
pourrait combiner l’évolution des superficies et la dégradation des sols viticoles. La
déprise agricole impacte en effet fortement le territoire viticole : plus de 50 000 ha de
vignes ont été arrachés durant les trente dernières années et demeurent en friches (Ifen,
2003)
8. Ouvrir les différents fichiers d’occupations du sol par la vigne (données corine
land Cover) pour le département 34, pour les années 1990, 2000, 2006 et 2012.
Observer la situation sur notre zone d’étude puis sur le département. Utiliser
l’outil statistique de base pour quantifier les variations. Discuter du chiffre avancé
dans le rapport
9. Afficher les photographies aériennes de 1946, 1971 et 1988. Comparer dans vos
zones d’études la situation des parcelles agricoles à ces différentes périodes et avec
la période actuelle
La redistribution des particules entraînées vers le bas des parcelles pose également le
problème des contaminations par les fertilisants et éléments polluants adsorbés sur ces
particules. La concentration des éléments polluants vers le bas des parcelles peut donc
entraîner des phénomènes locaux de phytotoxicité.
10. A partir de vos analyses précédentes, et de l’apport du document 7, discuter cet
élément du rapport. Proposer, en utilisant les fichiers de votre choix, à l’échelle
du département des zones pouvant être exposé à un tel risque.
86
Document 1
Les zones d’aptitude viticole AOC et l’aléa érosif des sols en région Languedoc-Roussillon
Le Référentiel Régional Pédologique au 1/250 000ème couvrant le Languedoc-Roussillon a permis
d’affiner l’aléa érosif des sols à l’échelle de la région. L’aléa est fort au nord-ouest de Nîmes et de
Carcassonne en raison des vignobles et des cultures couvrant peu des sols fortement érodibles et d’une
forte agressivité des pluies. En Lozère, le faible aléa est lié à des sols peu sensibles à la battance et à la
prédominance de forêts et de prairies protégeant les sols de l’érosion. Le littoral, pourtant soumis à une
forte pression urbaine et à une artificialisation des sols importante, est cependant assez peu sensible à
l’érosion des sols. Dans ces zones d’habitat concentré, ce sont néanmoins les zones périurbaines
entourant les grandes villes qui sont les plus concernées.
L’estimation de l’influence de l’aléa érosif sur la qualité des eaux superficielles a quant à elle montré une
forte influence du facteur saisonnier sur l’altération de la qualité des eaux superficielles, notamment par
des teneurs en matières en suspension plus élevées dans les eaux en automne.
Enfin, l’étude des zones d’appellations viticoles montre que les vignobles les plus sensibles à l’aléa érosif
sont localisés aux environs de Carcassonne et de Montpellier, tandis que ceux des plaines littorales sont
moins sensibles.
87
Document 2
Les dégâts occasionnés dans les vignobles sont essentiellement de trois types :



l’arrachement des plants de vignes
la création de rigoles et ravines gênant les interventions culturales
le recouvrement des plants par le dépôt des particules entraînées par l’érosion.
Même si la plaine de l’Hérault est peu sensible à l’érosion car les pentes sont faibles, l’alternance de
périodes très sèches et de fortes pluies peut générer des signes érosifs localement sur certaines parcelles.
La redistribution des particules entraînées vers le bas des parcelles pose également le problème des
contaminations par les fertilisants et éléments polluants adsorbés sur ces particules. La concentration
des éléments polluants vers le bas des parcelles peut donc entraîner des phénomènes locaux de
phytotoxicité.
Les vignobles soumis à un aléa érosif fort sont principalement : les appellations Malepere et Limoux au
sud de Carcassonne, l’appellation Cabardes au nord de Carcassonne, les Coteaux du Languedoc autour
de Montpellier, l’appellation Collioure (cru Banyuls) au sud de Perpignan, la zone nord-ouest de
l’appellation Roussillon-Village au nord de Perpignan et les Côtes du Rhône ;
Des vérifications terrain, complétées par l’étude de photos aériennes permettraient de valider ces
observations. Enfin, pour estimer la vulnérabilité des vignobles, il faudrait concevoir un indicateur qui
pourrait combiner l’évolution des superficies et la dégradation des sols viticoles. La déprise agricole
impacte en effet fortement le territoire viticole : plus de 50 000 ha de vignes ont été arrachés durant les
trente dernières années et demeurent en friches (Ifen, 2003). La dégradation biologique des sols
(disparition des micro-organismes et de la faune du sol) induite par l’emploi d’engrais chimiques et de
pesticides favoriserait quant à elle un dépérissement des vignobles, notamment dans le département de
l’Hérault, où un tiers du vignoble serait concerné (Ifen, 2003).
D’après Modélisation de l’aléa érosif des sols en contexte méditerranéen à l’aide d’un Référentiel Régional Pédologique au
1/250 000 et confrontation aux enjeux locaux V. Antoni(1), Y. Le Bissonnais(2), J. Thorette(1), N. Zaidi(3), B. Laroche(3), S.
Barthès(4), J. Daroussin(5) et D. Arrouays(3)
Document 3 : Les indices radiométriques
L'indice de brillance est construit à partir des canaux rouge et proche infrarouge (PIR) suivant le calcul
suivant :

𝐼𝐵 = √R × R + PIR × PIR
Les cartes d’indice de brillance décrivent la façon dont la surface d'un sol nu réfléchit la lumière solaire.
La luminosité du sol comprend les effets combinés du type de sol (type de minéraux argileux), la teneur
en matière organique et la teneur en humidité du sol au moment de l'acquisition de l'image
L'indice de végétation, appelé aussi NDVI est construit à partir des canaux rouge et proche infrarouge
(PIR) suivant le calcul suivant :

NDVI =
𝑃𝐼𝑅−𝑅
𝑃𝐼𝑅+𝑅
Cet indice est sensible à la vigueur et à la quantité de la végétation. Les valeurs du NDVI sont comprises
entre -1 et +1, les valeurs négatives correspondant aux surfaces autres que les couverts végétaux, comme
la neige, l'eau ou les nuages pour lesquelles la réflectance dans le rouge est supérieure à celle du proche
infrarouge. Pour les sols nus, les réflectances étant à peu près du même ordre de grandeur dans le rouge
et le proche infrarouge, le NDVI présente des valeurs proches de 0. Les formations végétales quant à
elles, ont des valeurs de NDVI positives, généralement comprises entre 0,1 et 0,7. Les valeurs les plus
élevées correspondant aux couverts les plus denses.
88
Document 4
Dans une exploitation viticole, la surface du sol cultivé peut se présenter sous différentes formes :

Sol travaillé
o Sans croute superficielle
o Avec croute superficielle

Sol no travaillé
o Nu
o Avec enherbement
o Paillage (mulch)
o Cailloux
89
Document 5 :
Source : Agreste, enquête sur les pratiques phytosanitaires en 2010
Document 6 : Données météorologique METEO FRANCE
Janvie
Févrie
Mar
Avri
Ma
Jui
Juille
Aoû
Septembr
Octobr
Novembr
Décembr
r
r
s
l
n
t
t
e
e
e
e
55.6
51.8
34.3
55.5
i
42.
7
27.8
16.4
34.4
80.3
96.8
66.8
66.7
Précipitions moyennes mensuelles (périodes 1981-2010) en mm
Relevé pluviométrique (en mm) pour septembre 2014
90
Document 7 :
Source : agreste, enquête sur les pratiques phytosanitaire en 2010
L’image étant de novembre, la surface foliaire de la vigne est très faible, néanmoins c’est une culture
pérenne caractérisée par de longs alignements.
Exemple de 3 zones proposées
Géométrie caractéristique de la parcelle
91
Les trois parcelles choisies
appartiennent à des zones
agricoles (occupation des
sols 2006).
La vérification par Google
Street confirme qu’il s’agit
de parcelles viticoles
Sur cette parcelle, l’utilisation des indices permet une meilleure caractérisation
92
On observe très clairement les rangs de vignes, et entre ces rangs la présence d’un sol nu. L’indice de
végétation confirme l’absence de couverture végétale (absence de feuilles ici) mais permet d’observer
une distinction nette entre les deux parties de la parcelle. L’étude sur une deuxième parcelle donne des
résultats similaires.
93
L’utilisation du fichier RPG 2012 permet d’identifier près de notre parcelle un champ en situation de
non utilisation qui représentera notre référence de sol nu
La réalisation de signatures spectrales permet de montrer une différence notable entre celle de notre
parcelle identifiée comme sol nu et d’une part les zones correspondant aux rangs de vignes (ce qui est
attendu, malgré l’absence des feuilles) et d’autre part celles correspondant à l’inter-rang (plus
surprenant).
94
L’affichage du canal vert confirme la différence entre notre parcelle et la parcelle de sol nu.
L’utilisation de l’angle spectral confirme la différence entre notre parcelle et la parcelle de sol nu,
néanmoins la parcelle choisie comme sol nu apparait comme significativement hétérogène, et la partie
centrale de celle-ci semble finalement très proche de notre parcelle.
95
L’utilisation du plugin Google Street View montre cette parcelle (de sol nu sur notre image satellite)
comme une parcelle avec de la végétation (date ?) mais l’hétérogénéité est confirmée avec une végétation
différente entre les parties de la parcelle.
La classification non supervisée quant à elle maintient une certaine ambigüité entre notre parcelle et la
parcelle choisie comme sol nu
96
L’analyse satellite nous montre donc des parcelles viticoles sans enherbement ce qui semble (document
5) l’usage dans la région mais constitue un élément notablement défavorable pour lutter contre l’érosion
du sol
L’étude de la topographie dans notre zone d’étude révèle que les parcelles choisies sont situées sur des
zones planes. De manière générale sur l’emprise de l’image, le relief est effectivement très peu marqué.
97
L’affichage d’un fichier pente (avec une gamme de couleurs) issu du traitement du MNT confirme la
localisation des champs sur des zones sans relief ce qui élimine l’effet de pente, mécanisme très
aggravant de l’érosion. A l’échelle départementale, le constat est le même.
98
L’affichage des différents fichiers permet de montrer la diminution du nombre de parcelle depuis 1990,
on joue ici sur la superposition, en comparant les deux images en ayant inversé l’ordre des couches
99
A l’échelle du département les résultats sont similaires
L’utilisation de l’outil statistique de base permet d’obtenir les résultats
suivants :
Année
Surface
(ha)
Différence
avec 1990
1990
2000
2006
205520
188611
187837
-
-16909
-17683
2012
Les chiffres proposés par le rapport semblent effectivement de cet ordre-là. L’exploration de l’image
satellite et l’utilisation du plugin google streetview montre que les parcelles ont été remplacées
possiblement par des zones pavillonnaires mais qu’effectivement certaines parcelles sont désormais en
friches.
100
La qualité des photographies aériennes permet de repérer aisément nos parcelles, ainsi que les différents
types de culture.
101
On observe qu’une des parcelles choisies existait déjà en 1946, mais qu’à cette période la structuration
des parcelles est sensiblement différente. Dès 1971, la structuration st similaire à celle d’aujourd’hui. Par
contre on observe une réduction très nette des parcelles viticoles entre 1988 et l’image satellite de 2014.
Ainsi toute une parcelle située au Nord-Ouest d’une de nos zone test a été remplacée par une zone de
friche.
La concentration anormale des produits phytosanitaires dans les sols implique leurs utilisations à doses
significatives (ce qui semble être le cas dans la région) et l’existence de pentes favorisant l’effet gravitaire.
L’utilisation d’une carte de relief issu du MNT incite à regarder au nord-ouest du département pour
rechercher des zones avec une pente importante
102
L’affichage des parcelles viticoles (à partir du RPG 2012) permet de montrer que dans cette zone, les
parcelles sont concentrées dans la zone plane du lit de l’Orb, ou dans la vallée perpendiculaire au cours
de la rivière néanmoins certaines parcelles semblent se trouver sur les coteaux de ces zones
On fait ensuite apparaitre les isohypses avec 1 pas de 1m afin de bien évaluer les pentes, on observe
effectivement que la majorité des parcelles sont sur des zones planes, ce qui est le cas par exemple ici à
Bédarieux
103
Par contre la région de Taussac, présente manifestement des vignobles sur des pentes relativement
importantes, ce qui favorise le phénomène d’érosion et donc potentiellement le phénomène
d’accumulations des produits phytosanitaires
104
105
PARTIE 2 : EROSION DES SOLS SABLEUX AU BRESIL
De grands espaces dans le sud du Brésil sont affectés actuellement par une érosion qui se développe sur
les sols sableux appelée arenização (arénisation). On considère ici une étude conduite près de la ville de
São Fransisco de Assis (Etat du Rio do Grande Sul). Dans le bassin-versant de l’Ibicui, cette érosion
concerne les versants et les vallons dégagés dans des grès, nappés de sables mal fixés en surface par la
végétation herbacée des campos. Cette région est largement exploitée par l’agriculture dont les pratiques
contribuent à exacerber l’érosion. Il se forme des taches de sable pouvant atteindre plusieurs hectares
de superficie et des ravines et ravins plus ou moins profonds.
On se propose ici de réaliser une exploration de cette zone pour localiser les zones érodées à partir de
données satellites.
1. Ouvrir le logiciel Qgis et utiliser le module TerreImage afin d’ouvrir l’image de la
région de Sao Fransisco de Assis (Landsat Aout 2015).
2. On recherche 5 plages de sables sur cette zone, pour ce faire on commencera par
utiliser les deux indices suivants : indice de végétation et indice de brillance. A
partir du document proposé, justifier leur utilisation
3. Dessiner une couche vectorielle constituée par 5 sites qui à partir de l’analyse
précédente vous semble pertinents
4. Utiliser la classification par angle spectrale pour vérifier la cohérence de vos sites.
Eliminer d’éventuels sites
5. Afficher la couche Open Layer Google (photographies aériennes) et vérifier vos
zones
6. Proposez des hypothèses quant aux facteurs favorisant cette érosion. Vérifiez à
l’aide des documents et des fichiers proposés la réalité de vos propositions dans
vos zones présumées
7. Afficher les images satellites anciennes sur vos différentes zones et discuter sur
leur évolution. Compléter vos analyses en utilisant le document 5
106
Document 1: Les indices radiométriques
L'indice de brillance est construit à partir des canaux rouge et proche infrarouge (PIR) suivant le calcul
suivant :

𝐼𝐵 = √R × R + PIR × PIR
Les cartes d’indice de brillance décrivent la façon dont la surface d'un sol nu réfléchit la lumière solaire.
La luminosité du sol comprend les effets combinés du type de sol (type de minéraux argileux), la teneur
en matière organique et la teneur en humidité du sol au moment de l'acquisition de l'image

NDVI =
𝑃𝐼𝑅−𝑅
𝑃𝐼𝑅+𝑅
Document 2 :
107
Document 3: Formation des aires de sables
La formation des aires de sable, interprétée à partir des études géomorphologiques, associé çà des
processus hydrologique et éolien indice que ces aires résultent initialement de processus hydrologique.
Ces processus associés avec une topographie favorable permettent dans une première phase la formation
de ravines (incision linéaire au sein d’un relief) au et ravins. Ces structures, au sein d’un processus
continu se développent par une érosion latérale et régressive qui agrandit leurs limites à l’aval de ces
ravines et ravins en raison d’un processus de transport des sédiments arrachés par l’eau lors des épisodes
de pluies torrentielles. Il se forme des dépôts sableux en forme d’éventail. Avec le temps ces éventails
vont s’agglomérer avec l’aire de sable initiale. Le vent qui agit dans tous les sens amplifie ce processus
Il est possible d’observer ce processus dans un contexte de rampe, c'est-à-dire dans une zone basse avec
contact avec un escarpement. On observe alors la présence d’une pente raide issue de l’existence de
roches différentes (lithologie) qui favorise le drainage de l’eau et la formation de ravins qui
s’approfondisse et atteigne la nappe phréatique entrainant la formation de ravines remontant de l’aval.
Un contexte de colline peut être également favorable à des processus similaires
Une dernière possibilité et lié au pratiques agricoles qui sous l’action du pietinement du bétail ou de
pssage de lourdes machines agricoles générent la formation de sillons favorisant le drainage de l’eau et
donc la formation de ravins
108
Document 4: Pluviométrie dans la région de Manuel Viana
A : Précipitations mensuelles (en mm) sur la période 1993-2007 (moyenne : 1 587 mm).
B:
Précipitations
annuelles
(en
mm)
sur
la
période
1985-2007.
C : Exemple de chronique des pluies journalières (en mm) de l’année 1995 (total annuel : 1 560 mm).
Document 5: Analyse diachronique de l’occupation du sol et des formes de l’érosion
entre 1986 et 2009
Différentes catégories d’occupation du sol ont été sélectionnées sur les images de 1986 et de 2009, parmi
lesquelles les taches de sable et les zones de faible biomasse Prairies et cultures occupent les plus grandes
surfaces. Entre 1986 et 2009, les modifications les plus importantes concernent les bois d’eucalyptus et
les taches d’érosion. Les figures ci-dessous montrent comment s’organise l’occupation du sol
représentée par 5 types significatifs de couvert en 1986 et en 2009. La prairie, qui occupe environ 50 %
de la surface du sol, recule de 4,5 % entre 1986 et 2009. Elle est remplacée par des buissons et arbustes
et surtout des plantations d’eucalyptus, dont les superficies ont été multipliées par 4. Au cours de cette
période de 25 ans, les taches de sable, qui occupent 1 % à 2 % de l’espace test, se sont réduites de près
de 50 %. Cela peut être corrélé avec l’extension de la végétation protégeant le sol mais aussi avec la
modification du parcellaire et le déplacement de secteurs labourés, des endroits les plus érodés (coin
109
nord-ouest) vers des lieux aux conditions plus favorables (plateau basaltique au centre ouest et au nordest). La superficie des zones de faible biomasse se modifie peu ; entre 1986 et 2009, ces zones s’étendent
vers les taches de sable dans les endroits où l’érosion recule ; elles disparaissent là où les prairies, les
buissons et arbustes et les boisements d’eucalyptus les remplacent. Cette dynamique, influencée par
l’évolution du couvert végétal, montre un apaisement de l’érosion avec instauration de conditions
favorables à la fixation des sables en surface. Mais elle est également à relier aux facteurs du climat. Les
précipitations fortes et intenses du début des années 1980 (2 204 mm en 1986) ont créé une véritable
crise d’érosion À l’inverse, le retour au calme morphodynamique a été favorisé par les précipitations
ultérieures moins agressives (fig. 2), qui ont permis que les taches de sable se végétalisent. Si les
conditions restent favorables (précipitations abondantes mais pas d’événement climatique extrême), la
cicatrisation intervient rapidement, aidée par les températures et l’humidité favorables au
développement rapide du couvert végétal.
1 : culture (dont riz) ; 2 : prairie ; 3 : eucalyptus ; 4 : tache d’érosion ; 5 : zone de faible biomasse ; 6 :
autres.
In L’érosion des sols sableux dans les campos du sud du Brésil (bassin de l’Ibicui, Rio
Grande do Sul) Jeannine Corbonnois, Roberto Verdum, François Messner, François
Laurent et Vagner Garcez Soares
110
La détermination des plages de sable sur la zone s’appuie sur l’utilisation des indices de végétation et de
brillance en posant le postulat suivant : les zones de sable combinent un indice de brillance très élevé
(sol nu) mais également un NDVI très faible (absence de végétation sur ces surfaces). On applique ici
deux palettes différentes afin de faciliter la visualisation.
Les trois images suivantes représentent de gauche à droite : la composition colorée RVPIR, l’indice
NDVI et l’indice de brillance
On recherche donc ici des zones combinant une couleur noir pour l’indice de brillance (à gauche ici)
correspondant à de très fortes valeurs et rouge pour l’indice NDVI (à droite ici) correspondant à des
valeurs faibles
Cette stratégie permet de recenser certains sites présumés comme du sable sur l’image étudiée
111
Classification par angle spectral s’appuie sur la proximité de signature spectrale entre un pixel de
référence et les autres pixels. On a choisi un pixel de référence situé au niveau de la zone B puis on
applique une palette de couleur en découpant régulièrement les valeurs obtenues (en s’appuyant sur la
valeur maximale qui est ici12). Le résultat montre que toutes les zones choisies sont classées ensemble
ce qui confirme la cohérence des choix réalisés.
112
L’affichage de photographies aériennes des zones étudiées confirme la justesse de la détermination
pour les sites A, B, D et E
113
Par contre le site C ne correspond pas à une zone sableuse, même s’il s’agit effectivement d’un sol nu
dépourvu de végétation
Les facteurs favorisant l’érosion sont effectivement présents dans la région : faible végétalisation dans
certaines zones, pratiques agricoles, pluviométrie abondante par épisode torrentiel. Le dernier facteur
est la présence de relief. On cherche ici à vérifier la présence de collines ou de petites zones escarpées au
voisinage des aires de sables qui constituerait un facteur déclenchant à la formation de ravines ou de
ravins nécessaire à la formation des zones d’érosion.
On considérera en suivante les zones D, E et A. On réalise ici un affichage du MNT de la zone en 3D puis
on utilisera soit un affichage en ombrage, en relief ou avec les courbes hypsométriques. Ceci permet de
mettre en évidence de faibles reliefs type colline, et la présence au voisinage de certaines aires de sable
d’escarpements.
Images suivantes : Zone E en 3D puis avec ombrage mappé par l’image Landsat, Zone D en 3D puis en
relief, Zone A en 3D puis avec courbes hypsométriques.
114
115
L’étude d’image Landsat ancienne (en composition colorée RVB, sauf 1975 qui est monocanal) montre
que les zones d’érosion observées en 2015 était déjà présente en 1975et ont connu sinon un maintien
une régression par revégétalisation. Le document nous permet d’expliquer que le phénomène absent
depuis la fin des années 80 est la présence de pluies torrentielles ce qui tendrait à démontrer qu’il s’agit
du facteur prépondérant dans l’extension des aires de sable.
116
117
ACTIVITE 3 : LUTTER CONTRE L’EROSION DES SOLS
On propose deux versions de cette activité :


La première, plus rapide à mettre en œuvre, s’appuie sur moins de ressources numériques et
davantage de ressource papier. Le support de l’étude est une image satellite TERRA (capteur
ASTER) et des données obtenues par les plugins de Qgis
La seconde, nécessitant plus de traitement, s’appuie sur une collection de données obtenues
sur le site de l’USGS (US Geology Survey)
Version simplifiée
PARTIE 1 : DE BIENS ETRANGES PAYSAGES : CARACTERISER DES PRATIQUES
AGRICOLES
CONSIGNE ELEVE :
Lors du survol de l’état de Washington (USA), le satellite Kompsat2 a capturé la scène suivante audessus d’une région agricole appelé The Palouse. Cette région souvent comparée à la Toscane (Italie)
présente des surfaces agricoles avec des géométries surprenantes.
The Palouse region /Released 12/04/2013 12:00 pm/Copyright KARI/ESA
118
1. Ouvrir le fichier LaCrosse (zone située légèrement au nord de l’image précédente
et localiser les structures les plus surprenantes
2. Proposer une hypothèse quant à la géométrie de ces structures
3. Utiliser l’extension Open layers plugin, pour afficher les reliefs dans vos zones
localisées. Sélectionner également l’extension GoStreet view pour explorer les
panoramas de ces zones. Que remarquez-vous ?
4. A partir des documents 2 et 3 expliquer la stratégie utilisée dans la région
Document 1: Palouse Landscapes
Photography by Lara Swimmer. From The Palouse Project; Topographies in Built and Natural Landscapes. University of Idaho
Prichard Art Gallery, Moscow. All photos © Lara Swimmer
119
Document 2:
Erosion in the Palouse: A Summary of the Palouse River Basin Study United States Department of
Agriculture Soil Conservation Service Forest Service Economics, Statistics, and Cooperatives Service
1 acre =4 046,85642 m2 / 1 inch =25,4 mm
To yield : céder / Stream channels : lit des rivières / Gully : glissement de terrain
120
Document 3: Conservation Practices Minnesota Conservation Funding Guide
Stripcropping is growing strips of row crops such as corn and soybeans alternate in a planned rotation
with equal-width strips of close-growing crops such as forages, small grains or sod, all arranged
systematically across a field.

In contour stripcropping, crop strips alternate down a slope on the contour (across or
perpendicular to the slope) to reduce soil erosion and runoff.
 In cross-wind stripcropping, crop strips are straighter and arranged perpendicular to the
prevailing wind direction to reduce soil erosion by wind.
http://www.country-magazine.com/photography/scenic/scenic-prairie-tapestries/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NRCSUT03035_-_Wisconsin_(6439)(NRCS_Photo_Gallery).jpg
https://infosys.ars.usda.gov/WindErosion/multimedia/control/big/westrip.jpg
121
L’observation des champs dans la région étudiée montre des parcelles avec des géométries attendues :
rectangulaire ou circulaire (en lien avec les rampes d’arrosage) mais également des bandes alternées
de cultures avec des formes très courbes.
En utilisant la carte de relief, on note que les champs aux géométries traditionnelles sont dans des zones
relativement planes, alors que les champs formant des arabesques sont associés à des petits reliefs de
type collines. Ces formes résultent d’une technique culturale qui consiste à positionner les champs
perpendiculairement à la pente afin de limiter l’érosion du sol
122
123
Version complète
La région de Palouse aux Etats Unis constitue une région agricole d’importance. On se propose
d’explorer cette région à travers la géométrie de ces agrosystèmes
1. Ouvrir les différentes images Landsat (composition colorée RV/PIR ou vraies
couleurs) de la région de Palouse. Justifier le choix des différentes dates et des
différentes compositions. Repérer les zones agricoles puis discuter de la
géométrie des parcelles
2. En utilisant les particularités des parcelles agricoles et à l’aide de l’indice de
végétation (obtenue à partir de TerreImage) vérifiez vos discriminations.
Proposer deux traitements supplémentaires dans TerreImage permettant de
renforcer vos hypothèses
3. Proposer une hypothèse quant à la géométrie de ces structures. Afficher les
photographies aériennes pour vous aider si nécessaire.
4. Afficher le MNT de la région puis les isohypses et affiner vos hypothèses.
5. A partir du document et des photographies aériennes de 1946 et 1974, discuter des
évolutions des pratiques agricoles vis à vis de l’érosion du sol dans la région
Document 1: Conservation Practices Minnesota Conservation Funding Guide
Stripcropping is growing strips of row crops such as corn and soybeans alternate in a planned rotation
with equal-width strips of close-growing crops such as forages, small grains or sod, all arranged
systematically across a field.


In contour stripcropping, crop strips alternate down a slope on the contour (across or
perpendicular to the slope) to reduce soil erosion and runoff.
In cross-wind stripcropping, crop strips are straighter and arranged perpendicular to the
prevailing wind soil erosion by wind.
124
Document 2:
Erosion in the Palouse: A Summary of the Palouse River Basin Study United States Department of
Agriculture Soil Conservation Service Forest Service Economics, Statistics, and Cooperatives Service
(1979)


1 acre =4 046,85642 m2 / 1 inch =25,4 mm
To yield : céder / Stream channels : lit des rivières / Gully : glissement de terrain
125
L’affichage des scènes Landsat 8 permet de repérer aisément les différentes parcelles agricoles.
L’utilisation de différentes dates permet de faciliter le repérage de par l’alternance des cultures et le
degré d’avancement de la végétation
Ci-dessous différentes affichages de composition colorée. La dernière image est une image du satellite
TERRA de juin 2006 qui ne montre que peu d’évolution dans la zone étudiée.
L’affichage de la composition colorée RVPIR permet une meilleure discrimination de la végétation et
souligne efficacement son évolution. Les deux séries d’images suivantes, la première en RVPIR et la
deuxième en RVB (vraies couleurs) montrent bien cette différence.
126
Les parcelles présentent des géométries attendues : rectangulaires et circulaires mais également des
structures plus remarquables en forme d’arabesque. La question de pose de savoir s’il s’agit là
d’agrosystèmes ou d’une végétation peu ou pas aménagée par l’Homme.
127
L’utilisation du traitement permettant l’affichage de l’indice de végétation (après ici application d’une
gamme de couleur) permet de montrer qu’à l’image des zones clairement identifiées comme des
agrosystèmes, les zones présentant des découpages curvilignes présentent une variabilité saisonnière
importante qui traduit le passage de période à forte couverture végétale avec des périodes à sol nu, ce
qui est s’inscrit dans l’évolution annuelle d’une parcelle agricole.
La première série image présente une zone avec des agrosystèmes avec d’importantes variations
saisonnières, la seconde une zone de forêt beaucoup plus stable
128
La confirmation de l’analyse peut être réalisée grâce à deux traitements supplémentaires :


Une classification non supervisée (Kmeans) pour voir si les zones en arabesques sont associées
avec des champs aux géométries traditionnelles. Le résultat de cette analyse n’est pas
pleinement concluant (première image)
Une classification par angle spectral (SAM) en utilisant comme pixel de référence un pixel situé
dans une de ces structures en arabesque. Le résultat est ici concluant et rapproche ces structures
de parcelles rectangulaires (mais pas des parcelles circulaires présente dans la zone ce qui
traduit sans doute un type de culture différent) (seconde image)
129
L’utilisation des photographies aériennes révèlent qu’il s’agit bien de cultures, avec une orientation très
spécifiques des plantations, qui présente des motifs curvilignes.
En utilisant le MNT, on observe la présence de nombreuses petites collines (image 1). Avec l’affichage
des lignes de niveaux, on note que les champs aux géométries traditionnelles sont dans des zones
relativement planes (image 2 : champs circulaires), alors que les champs formant des arabesques sont
associés à des petits reliefs de type collines (images suivantes). Ces formes résultent d’une technique
culturale qui consiste à positionner les champs perpendiculairement à la pente afin de limiter l’érosion
du sol
130
La comparaison des photographies aériennes anciennes et actuelles montrent que les agriculteurs de la
région ont suivi les préconisations pour lutter contre l’érosion et qu’ils ont modifié de manière
significative la disposition de leur culture en alternant les cultures et en positionnant ces cultures en
fonction des reliefs.
131
Sur l’image de 1946, le travail du sol est bien visible (image de décembre), on voit nettement que celuici n’intègre pas l’orientation de la pente comme un élément décisif
132
On observe que la situation est nettement différente en 2013.
133
BIBLIOGRAPHIE/SITOGR APHIE
Données Corine Land Cover

http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/donnees-ligne/t/telechargementdonnees.html
Données European soil Portal :





Rainfall erosivity in Europe. Sci Total Environ. 511 (2015), pp. 801-814. DOI:
10.1016/j.scitotenv.2015.01.008. Panagos, P., Ballabio, C., Borrelli, P., Meusburger, K.,
Klik, A., Rousseva, S., Tadic, M.P., Michaelides, S., Hrabalíková, M., Olsen, P., Aalto, J., Lakatos,
M., Rymszewicz, A., Dumitrescu, A., Beguería, S., Alewell, C.
Towards a pan-European assessment of land susceptibility to wind erosion. Land
Degradation & Development, In Press. DOI: 10.1002/ldr.2318 Borrelli, P., Panagos,
P., Ballabio, C., Lugato, E., Weynants, M. Montanarella, L (2014).
Wind erosion susceptibility of European soils. Geoderma, 232, 471-47 Borrelli, P.,
Ballabio, C., Panagos, P., Montanarella, L. (2014).
Soil erodibility in Europe: A high-resolution dataset based on LUCAS, Science of
Total Environment, 479–480 (2014) pp. 189–200 : Panagos, P., Meusburger, K.,
Ballabio, C., Borrelli, P., Alewell, C.
"Pan-European Soil Erosion Risk Assessment: The PESERA Map, Version 1
October 2003. Explanation of Special Publication Ispra 2004 No.73 (S.P.I.04.73)."
Kirkby, M.J., Jones, R.J.A., Irvine, B., Gobin, A, Govers, G., Cerdan, O., Van Rompaey, A.J.J.,
Le Bissonnais, Y., Daroussin, J., King, D., Montanarella, L., Grimm, M., Vieillefont, V.,
Puigdefabregas, J., Boer, M., Kosmas, C., Yassoglou, N., Tsara, M., Mantel, S., Van Lynden, G.J.
and Huting, J.(2004). European Soil Bureau Research Report
Données Erosion Viticulture


Modélisation de l’aléa érosif des sols en contexte méditerranéen à l’aide d’un
Référentiel Régional Pédologique au 1/250 000 et confrontation aux enjeux
locaux V. Antoni(1), Y. Le Bissonnais(2), J. Thorette(1), N. Zaidi(3), B. Laroche(3),
S. Barthès(4),J. Daroussin(5) et D. Arrouays(3)
http://www.obs-viti-cg34.com/
Données érosion sableux




In L’érosion des sols sableux dans les campos du sud du Brésil (bassin de l’Ibicui,
Rio Grande do Sul) Jeannine Corbonnois, Roberto Verdum, François Messner,
François Laurent et Vagner Garcez Soares
http://www.mundoeducacao.com/geografia/o-processo-desertificacao-no-rio-grandesul.htm
http://www.ub.edu/geocrit/b3w-287.htm
Levantamento de áreas sob arenização e relações com o uso da terra no sudoeste
de goiás e no sudoeste do rio grande do sul –brasil iraci scopel
Données Palouse

Palouse Landscapes : arcadenw.org/blog/palouse-landscapes :
134
CLASSE DE 1S: LES AGROSYSTEMES : UN ECOSYSTEME
AMENAGE PAR L’HOMME : «AMELIORER LA GEST ION DES
AGROSYSTEMES GRACE AUX TECHNOLOGIES SPATIALES»
-
-
Activité 1 : Exploration du vignoble bordelais : analyse comparative et intraparcellaire dans
l’appellation Pessac Léognan
o Activité Qgis : Analyse de l’image satellite de Bordeaux
Activité 2 : Exploration des agrosystèmes dans la région de Saumur
-
Type de données
Localisation des
agrosystèmes
(RPG 2012)
Occupation des
sols (CLC 90 ;
00 ; 06 ; 12)
Limite
communales
Limite
départements
MNT France
Photographies
aériennes
anciennes
Orthophotographie
5m
Utilisation du logiciel QGIS/TerreImage
o Support image :
 Bordeaux (Pléiades ; 50 cm) Novembre 2014
 Saumur (Pléiades ; 50 cm) Juin 2015
o Données SIG :
Format
Traitements
nécessaire
Source
Découpage
.shp
Modification
légende
Data.gouv
Département
.shp
Modification
légende
IFEN
Région/
département
IGN GEOFLA
France
IGN GEOFLA
France
.shp
.shp
Extraction
département
Extraction
département
Téléchargement
https://www.data.gouv.fr/fr/datasets/registre-parcellairegraphique-2012-contours-des-ilots-culturaux-et-leur-groupede-cultures-majorita/
http://www.stats.environnement.developpementdurable.gouv.fr/clc/CORINE_Land_Cover__Saisie_Demande.jsp
IGN : http://professionnels.ign.fr/bdalti
EEA : http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/eudem
.asc
/geotiff
Découpage ou
assemblage
RASTER
IGN /European
Environnement
agency
Dalle
.jp2
Géoréférencement
IGN
Petites dalles
http://www.geoportail.gouv.fr/actualite/181/telechargez-lescartes-et-photographies-aeriennes-historiques
.tiff
Non
IGN BD Ortho
5m
Dalles par
départements
http://professionnels.ign.fr/bdortho-5m
La production végétale : utilisation de la productivité primaire
Un écosystème naturel est constitué d’un biotope et d’une biocénose. Son fonctionnement d’ensemble
est permis par la productivité primaire qui, dans les écosystèmes continentaux, repose sur la
photosynthèse des plantes vertes. L’agriculture repose sur la constitution d’agrosystèmes gérés dans le
but de fournir des produits (dont les aliments) nécessaires à l’humanité. Un agrosystème implique des
flux de matière (dont l’eau) et d’énergie qui conditionnent sa productivité et son impact
environnemental. L’exportation de biomasse, la fertilité des sols, la recherche de rendements posent le
problème de l’apport d’intrants dans les cultures (engrais, produits phytosanitaires, etc.). Le coût
énergétique et les conséquences environnementales posent le problème des pratiques utilisées. Le choix
des techniques culturales vise à concilier la nécessaire production et la gestion durable de
l’environnement.
135
ACTIVITE 1 : EXPLORATION DU VIGNOBLE BORDELAIS : ANALYSE
COMPARATIVE ET INTRAPARCELLAIRE DANS L’APPELLATION PESSAC
LEOGNAN
CONSIGNE ELEVE :
L’agriculture se retrouve face à une double difficulté :


Maintenir un niveau de production important avec un niveau qualitatif élevé
Limiter l’impact de ses pratiques sur l’environnement et sur le cycle carbone
L’utilisation des données satellites est désormais une réalité pour de nombreux châteaux du bordelais.
Cette source d’information permet une exploitation parcellaire plus efficace
On se fixe l’objectif suivant, à partir de l’exploration d’une image satellite :
 Etablir la signature spectrale d’un agrosystème : la vigne
 Comparer différentes parcelles sur une même appellation et établir l’origine
d’éventuelles différences
 Observer d’éventuelles hétérogénéités intra-parcellaires,
Est-il possible de caractériser un agrosystème depuis l’espace ? L’outil d’analyse spectral permet-il
d’optimiser les pratiques culturales ?
1. Ouvrir le fichier correspondant à l’image satellite du Sud Est de Bordeaux avec le
module TerreImage.
2. Repérer visuellement les parcelles agricoles, puis confirmer vos observations avec
les fichiers d’occupations des sols et éventuellement le module Street View
On choisit de s’intéresser à 4 châteaux différents de l’appellation de bordeaux Pessac-Léognan :
136
1. Déterminer en utilisant le modèle spectrale la signature végétale des éléments de
végétation de l’image
2. Faites apparaitre le traitement Indice de végétation et observer les différentes
parcelles choisies. Que remarquez-vous ? Discuter de la pertinence de l’indice de
végétation
3. Effectuer une approche comparative des parcelles du domaine de GrandMaison.
Que remarquez-vous ? Discuter sur l’origine d’éventuelles hétérogénéités
On cherche à expliquer pourquoi les analyses spectrales peuvent différer lorsqu’ils appartiennent à des
variétés différentes
4. A l’aide des documents et des expériences proposées, présenter deux facteurs
susceptibles d’expliquer la variation de la signature spectrale chez un végétal
5. Montrer que la variabilité de ces deux facteurs peut résulter d’une variabilité
intraspécifique
On cherche maintenant à caractériser les situations des différentes parcelles
6. Effectuer une classification par angle spectrale sur des parcelles d’un domaine de
votre choix. Discuter de l’homogénéité des résultats
7. Utiliser les fichiers d’occupation des sols pour repérer des parcelles postérieures
à 1990. Comparer les signatures NDVI
8. Effectuer une analyse au sein d’une même parcelle d’un même domaine.
Expliquer l’origine possible d’éventuelles hétérogénéités. Proposez une stratégie
pour vérifier la véracité de votre hypothèse
9. Faites le bilan des apports des technologies spatiales. Proposer des applications
à destination viticulteurs
137
Document 1:
Document 2 : Les indices radiométriques

NDVI =
𝑃𝐼𝑅−𝑅
𝑃𝐼𝑅+𝑅
Document 3:
•
•
•
•
Château Olivier :
• Vin blanc : Muscadelle, Sauvignon, Sémillon
• Vin rouge : Cabernet sauvignon, Merlot
Domaine de Grandmaison
• Vin blanc : Sauvignon, Sémillon, Sauvignon gris
• Vin rouge : Cabernet sauvignon, Merlot, Cabernet franc
Château Carbonnieux :
• Vin blanc : Sauvignon, Sémillon
• Vin rouge : Cabernet sauvignon, Merlot, petit verdot, Cabernet franc
Château Valoux
138
•
•
Vin blanc : Sauvignon, Sémillon,
Vin rouge : Cabernet sauvignon, Merlot
Document 4:
Les changements physiologiques qui accompagnent la croissance d'une plante, depuis la phase de
maturation jusqu'à sa sénescence, qu'elle soit naturelle (stades phénologiques) ou liée au stress, influent
fortement sur la signature spectrale de la végétation (figure ci-dessous). Lorsque vient l'automne par
exemple, les plantes diminuent leur activité photosynthétique, les pigments chlorophylliens
disparaissent laissant aux autres pigments foliaires le soin d'exprimer leurs couleurs. Les cellules entrent
peu à peu en état de plasmolyse, entraînant une déstructuration des couches cellulaires. On observe par
conséquent une sensible augmentation de la réflectance dans les grandes longueurs d'onde du visible
(jaune - rouge) et parallèlement, une diminution de la réflectance dans le proche infrarouge.
Http://e-cours.univ-paris1.fr/modules/uved/envcal/html/vegetation/caracteristique- vegetation/proprietes.html
139
Document 5 :
Debourrement : le debourrement, appele aussi debourrage, est le moment de l'annee ou les bourgeons vegetatifs et floraux des
arbres se developpent pour laisser apparaitre leur bourre puis ses feuilles et fleurs
Http://www.charente-maritime.chambagri.fr/fileadmin/publication/ca17/18_viti_oeno/documents/vigneroncharentais3b.pdf
140
Document 6: Caractérisation de la structure d'un couvert végétal
Lorsqu'on étudie la végétation par télédétection, les variations de la réflectance mesurées au niveau du
capteur satellitaire sont, non seulement liées aux propriétés optiques des feuilles, mais aussi à la
structure des formations végétales. Lorsque la végétation est peu couvrante, la réponse spectrale des
plantes est affectée par la réflectance des sols. Le signal mesuré par le capteur intègre généralement les
réflectances du sol et de la végétation, comme le schématise la figure ci-dessous
L'indice de surface foliaire (LAI) est le ratio de la surface totale supérieure des feuilles à la surface du sol
sur laquelle la végétation se développe. Le LAI est une grandeur sans dimension qui varie en général de
0 pour le sol nu à 8 pour une forêt tempérée dense. C'est un bon indicateur de la croissance et de la
biomasse végétale, ainsi que de la densité d'un peuplement. Le LAI est relié à l'indice de végétation par
une fonction logarithmique. On observe en général un pallier à partir des valeurs de LAI de 5 ou 6, et on
estime que pour un couvert végétal avec un LAI supérieur à 5, toute possibilité d'éclairement incident
direct du sol sous-jacent est écartée.
http://e-cours.univ-paris1.fr/modules/uved/envcal/html/vegetation/caracteristique-vegetation/structure.html
141
Document 8: Etude expérimentale
Etude de la surface foliaire
1.
Utiliser la brosse à dent et la peinture, pour créer sur vos lames de verres différentes densités de
taches vertes
2. Placer la source de lumière et le premier luxmètre sur un même axe, le second avec un angle
d’environ 40°
3. Effectuer les mesures d’intensité lumineuses en intercalant différentes lames de verres (Pensez
aux témoins !)
Phénologie et taux de chlorophylle :
Vous disposez de végétaux à différents stades phénologiques.
1.
Prélevez la même masse de feuilles des différents plants et effectuer une
extraction normalisée de chlorophylle
2. Effectuer une mesure colorimétrique et comparer vos résultats
3. Conclusion
142
Il est possible de déterminer la localiser les vignobles par simple observation, mais l’affichage de la
couche vectorielle d’occupation des sols (PROJET CORINE LAND COVER ou RPG 2012
(agrosystèmes)) permet de faciliter le travail. Le module Street View permet de confirmer la cartographie
ainsi déterminée
La vigne présente une signature spectrale typique de la végétation, il est cependant aisé de la distinguer
d’autre types de végétations comme la forêt ou des espaces verts
143
Les 4 images suivantes présentent le résultat de l’utilisation de l’indice de végétaux pour les 4 châteaux
étudiés (une palette a été appliquée)
144
Sur cette image la discrimination des occupations des sols est notable :
• En haut à droite : forêt
• Au centre : sol nu
• Reste de l’image : vignobles
On note également une nette hétérogénéité de réponse entre les parcelles
La différence nette de réponse de la vigne par rapport à
d’autres type de végétation (pelouse, forêt) s’explique
par l’avancement de la végétation de la vigne qui diffère
du reste de la végétation. La connaissance de la
phénologie de la vigne corrélée avec la date de la prise
de vue (28 septembre 2013) confirme l’origine de cette
différence spectrale. Elle résulte essentiellement d’une
réponse faible dans le PIR, qui traduit un stade
phénologique correspondant à une décroissance de la
photosynthèse
Pour montrer la pertinence de l’indice de végétation, il est possible de comparer dans une de nos
parcelles le résultat obtenu avec des compositions colorées ou avec l’affichage d’un seul canal :
• A gauche : deux compositions colorées de la zone de l’image avec le domaine de Grandmaison
(affichage en couleur naturelle, affichage RVPIR)
• A droite : l’image obtenue en nuance de gris pour le PIR (longueur d’onde à priori pertinente
pour assurer la discrimination de la végétation au regard des signatures spectrales
Chacune de ces images fait montre d’un moindre contraste quant à la situation des vignobles par
rapport à celle obtenue par le traitement NDVI
145
La distinction entre les parcelles du domaine est affirmée. La relative homogénéité intraparcellaire
associée à l’hétérogénéité du domaine justifie la création d’une couche vectorielle signifiant les parcelles
L’homogénéité spectrale relative parcellaire s’accorde mal avec une explication fondée simplement sur
l’anisotropie du milieu. Pour confirmer l’existence de parcelles différenciées, il est possible de réaliser la
signature spectrale de celle-ci. La comparaison de ces signatures confirmera aussi bien la discrimination
interspécifique que variétale
146
L’existence de différences spectrales entre les parcelles s’explique donc potentiellement par l’utilisation
de différents cépages dans l’appellation. L’ampelographie permet de reconnaitre les différents cépages
en fonction de multiples critères dont certains impactent la réponse spectrale. La discrimination des
cépages semble possible néanmoins il semble indispensable de disposer d’un moyen de valider
d’éventuelles classifications.
Un critère déterminant pour la signature spectrale est la couverture par les feuilles de la zone étudiée
(surface foliaire). Ce critère est mesurable depuis l’espace via l’indice NDVI qui est relié au LAI (indice
foliaire). La surface foliaire est sous la dépendance de la morphologie des feuilles, de la structuration des
ramifications du cep de vigne, de l’avancement de la végétation et d’une éventuelle intervention humaine
(taille). Ces paramètres présentent des différences en fonction des variétés de vigne, donc il constitue
une explication possible aux différences de mesure de NDVI (ou de signature spectrale) entre différentes
parcelles.
Un deuxième critère est l’avancement de la végétation (stade phénologique) qui se traduit par des
couleurs de feuilles différentes (en lien avec la composition en pigment). Cet avancement au cours de
l’année dépende la variété de vigne concernée.
On réalise une classification non supervisée par angle spectrale (SAM). Une palette dans les tons de
rouge a été donnée et on a volontairement colorisée en bleu les valeurs maximales (de fait les pixels les
plus proches du pixel de référence). Le pixel de référence a été choisi au sein de la parcelle 1 (en bleu ici)
(Domaine de Grandmaison)


A gauche : le domaine de Grandmaison et le Château de Carbonnieux
A droite : parcelles du domaine de Grandmaison et château Valoux
On observe que les parcelles colorées en bleu présentent une spécificité de réponse et semble absente
des autres châteaux (cépage spécifique ?)
147
On réalise un travail similaire en utilisant un pixel de référence située cette fois ci sur une autre parcelle
Une palette dans les tons de bleus a été donnée et on a volontairement colorisée en bleu les valeurs
maximales (de fait les pixels les plus proches du pixel de référence)
Cette fois ci cette réponse spectrale semble fréquente au sein des châteaux étudiés ce qui pourrait
signifier la caractérisation d’un cépage plus fréquent au sein de l’appellation
148
On dispose de fichiers vectoriels permettant de connaitre l’occupation des sols en 1990, 2000 et 2006
(Données Corine Land Cover), ainsi que les changements d’occupation observé
En haut : Matérialisation d’une zone de changement d’occupation des sols au niveau du Château Olivier
En bas : à gauche : la parcelle est occupée par de la forêt mixte. A droite : la parcelle est occupée par de
la vigne
La réponse spectrales NDVI ne montre pas de différence majeure entre la parcelle la plus à gauche qui
est antérieure à 1990 et celle plus à droite qui est postérieure à 1990 mais antérieur à 2000
149
Un travail similaire conduit au niveau du Château Valoux donne des résultats équivalents
Différentes observations des parcelles du domaine de Grandmaison (couleurs naturelles, NDVI, angle
spectrale) montrent une hétérogénéité intraparcellaire
L’état d’avancement de la végétation dépend de la quantité d’eau reçu par le végétal. Un effet de pente
peut induire des différences intraparcellaire quant à la quantité d’eau reçu.
150
Une stratégie pour vérifier l’existence d’une pente est de vérifier la présence sur des sols nus (comme
des chemins de pierre par exemple) d’eau soit sous la forme de flaques soit dans les premiers centimètres
de sols. Si la pluie est récente ces manifestations se formeront préférentiellement en bas de pente. Elles
pourront être repérées par la réponse dans le PIR qui est toujours très faible pour l’eau
L’image est ici du 22 septembre 2013, malheureusement pas de pluie récente à cette période,
évidemment par le jour même (sinon absence de prise de vue) ni les jours précédents.
La méthode la plus simple est de disposer d’un MNT et d’afficher les isohypses ou les valeurs de pente.
On affiche les isohypses avec 1 pas de 1m (car zone de faible relief), on observe une légère pente sur la
parcelle étudiée mais son sens ne semble pas cohérent avec les hétérogénéités relevées.
151
Il n’est pas toujours possible de déterminer l’origine d’une réponse spectrale, reste alors….LE TERRAIN!
Dans le cadre de cette parcelle les zones hétérogènes correspondent à des plans significativement plus
jeunes et qui ne présentent donc pas la même morphologie en particulier en termes de surface foliaire.
152
ACTIVITE 2 : EXPLORATION DES AGROSYSTEMES DANS LA REGION DE
SAUMUR
CONSIGNE ELEVE:
L’agriculture se retrouve face à une double difficulté :


Maintenir un niveau de production important avec un niveau qualitatif élevé
Limiter l’impact de ses pratiques sur l’environnement et sur le cycle carbone
On se propose ici d’explorer une région agricole afin de mettre en avant certaines pratiques agricoles et
de discuter de leurs impacts sur l’environnement.
1. Ouvrir le fichier correspondant à l’image satellite autour de la ville de Saumur
2. Repérer visuellement les parcelles agricoles, en utilisant les documents 1 et 2,
discuter des différences observées entre les parcelles. Montrer que l’utilisation de
l’indice de végétation permet de souligner ces différences
3. Afficher les images Spot correspondant à deux années différentes (mais au même
mois que l’image initiale), que remarquez-vous ? Comment expliquer cette
situation
4. Effectuer une observation rigoureuse des parcelles dans lesquelles la végétation
n’a pas encore levée. Que remarquez-vous ? Proposez une explication
5. Effectuer une analyse spectrale de différentes parcelles possédant de la végétation
et proposez une identification des cultures en justifiant
Document 1 : Calendrier cultural
153
Document 2 :
Document 3 :
154
L’exploration de la zone permet de repérer facilement les parcelles agricoles, on voit qu’à cette date de
juin, deux types de situation peuvent être observées, soit des parcelles dénuées de végétation soit des
végétations très avancées
L’utilisation de l’indice de végétation (avec ici application d’une palette de couleur) permet de
renforcer ce contraste entre les cultures d’hiver et de printemps
L’affichage sur deux années différentes (2006 et 2007) de la même période montre que si certaines
parcelles conservent la même culture (ce qui se traduit par une signature spectrale similaire), d’autres
quant à elles présentent des signatures très éloignées ce qui montre un roulement des cultures. Cette
155
évolution peut être soulignée par l’utilisation de l’indice de végétation NDVI (auquel a été appliquée ici
une palette de couleur). La résolution est ici légèrement différente car l’image de gauche correspond à
une scène capturée par le satellite Spot 5, celle de droite par le satellite Spot 4.
Sur les terrains agricoles ne présentant pas de végétations encore levées, il est possible d’observer des
hétérogénéités au niveau des parcelles. Si certains motifs s’expliquent par le travail du sol (labour)
certaines traces présentent une géométrie différente.
156
L’utilisation de l’indice de brillance permet de souligner ces motifs.
Ces motifs présentent une géométrie régulière qui évoque des anciennes parcelles plutôt que des causes
naturelles (variabilité du sol, effet de pente, etc..). Pour vérifier cette hypothèse on affiche des
photographies aériennes des différents zones étudiées (1998, 1985, 1967,1950). Ce faisant on observe
une modification très importante de la morphologie des parcelles qui se voyait auparavant être de plus
petites tailles et séparées par de nombreuses haies ou taillis. Les parcelles sont désormais plus grandes
et continues (open field) mais il subsiste la trace des anciennes délimitations qui traduisent
l’hétérogénéité des parcelles.
157
Il est possible de reconstituer la chronologie des modifications des parcelles en recensant les motifs
enregistrés. On observe ainsi que ertains motifs résultent de structures ayant disparus il ya plus de
quarante ans !
Sur la série d’image suivante, on identifie sur l’image actuel un motif et son origine sur la photographie
ancienne (dasn l’ordre : 1998,1985, 1967, 1950)
158
159
TS SPECIALITE SVT : RECHAUFFEMENT CLIMAT IQUE ET POISSON
DE L’ARCTIQUE
Organisation sous forme d’ECE ce qui suggère 1h en comptant la manipulation et le compte rendu.
Matériel pour la manipulation :
-
Bécher
Agitateur magnétique
Glaçon
Sel
Cuve à ExAO
Sonde à dioxygène et sa labquest
Un logiciel d’acquisition ExAO et sa fiche technique
Pour l’affichage sur Qgis : le fichier récapitulant l’emplacement des poissons.
TS spécialité SVT : « Les enveloppes fluides (atmosphère, hydrosphère) sont le siège d’une dynamique.
Elles interagissent avec la biosphère et la géosphère ». Mais aussi « la compréhension [des
interactions] permet d’envisager une gestion raisonnée de l’influence de l’Homme »
Evidemment il est possible de relier cet exercice au peuplement des milieu et aux adaptations en tronc
commun.
COMPLEMENTS SCIENTIFIQUES
Plus la température est élevée, plus la solubilité de l’O2 est faible dans l’eau. Cela n’aura pas d’influence
comme le CO2 sur l’atmosphère mais la conséquence se fera sentir sur la biosphère.
La solubilité de l’O2 dans l’eau diminue avec l’augmentation de la salinité. Cela peut potentiellement
provoquer des résultats contradictoires dans les eaux proches des côtes qui subissent le déversement de
grandes quantités d’eau douce lors d’un réchauffement.
La présentation est faite sous la forme d’un ECE.
Fiche sujet – candidat (1/2)
Mise en situation et recherche à mener
Les scientifiques observent une modification de la répartition de certaines espèces au sein des régions arctiques en particulier dans la mer de
Barent. Ils suspectent une influence du réchauffement climatique sur les caractéristiques de l’eau de mer en particulier sur la concentration en 02
dissous
On cherche à établir quelles modifications associées au réchauffement climatique provoque des modifications de la quantité d’02 dissous
Ressources
Le Tableau ci-dessus donne les teneurs à saturation de l'oxygène en
fonction de la température et de la salinité, à une pression
atmosphérique de 1013 hPa.
Répartition des populations de poissons arctiques en 2004
et 2012
Matériel disponible :
- Système
d’Information
Géographique
permettant
d’afficher différents
paramètres
océaniques
- Matériel courant de
laboratoire
(verrerie,
instruments,
matériel
d’observation, de
mesures,
informatique etc.)
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème (durée maximale : 10 minutes)
Proposer une démarche d’investigation permettant de montrer que certaines modifications climatiques peuvent modifier la qualité de l’eau
Appeler l’examinateur pour vérifier votre proposition et obtenir la suite du sujet.
Votre proposition s’appuiera sur un document écrit (utiliser les feuilles de brouillon mises à votre disposition)
Fiche sujet – candidat (2/2)
Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Réaliser l’expérience sur les facteurs influençant la teneur en 02 dissous
Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide.
Réaliser à partir de l’utilisation d’un SIG, un bilan des modifications récentes susceptibles d’agir sur la concentration en 02 dissous de la mer
de Barent
Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide.
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
Présenter, sous la forme de votre choix, les résultats obtenus.
Répondre sur la fiche-réponse candidat, appeler l’examinateur pour vérification de votre production.
Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème
Exploiter les résultats pour confirmer, à partir de l'ensemble de vos résultats, que la mer de Barent présente une modification de ses
caractéristiques
Répondre sur la fiche-réponse candidat.
Fiche-protocole - candidat
Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel
Matériel :
-
Sonde à O2
Interface EXAO
Logiciel grapheur tableur
Logiciel Qgis
Données sur l’Océan Arctique
Protocole 1 :
-
Fabriquer 3 milieux présentant des salinités et des températures différentes.
Placer dans un de ces milieux une sonde à 02. Mettre en marche l’agitateur magnétique
Paramétrer une durée de 5 minutes d’expérience et lancer la mesure
Recommencer avec les deux milieux en superposant les résultats sur un même
graphe
Appeler l’examinateur pour vérification
Protocole 2 :
-
Afficher le fichier Arctique et repérer la mer de Barents ».
Utiliser les fonctionnalités du logiciel pour mettre en évidence les changements
observés dans la mer de Barents.
Appeler l’examinateur pour vérification
Utiliser QGIS : Ouvrir un fichier qgs et le lire
1 ouvrir un fichier qgs
4 recentrer et afficher en pleine fenêtre
2 se déplacer dans la fenêtre principale
5 afficher ou masquer les différentes couches du fichier par de simples clics
3 zoom +/-, qui peut être éventuellement remplacé par la mollette de la souris
Si la fenêtre « Couches » n’apparaît pas, faire « Vue » / « Panneaux » /
« Couches »
Document de secours 1
Courbe violette : eau salée (40‰). Courbe rouge : eau douce T°C 20°C. Courbe bleue : eau douce T°C 5°C
Document de secours 2
barème d’évaluation
Curseur
Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème
Niveau A = niveau B auquel on ajoute :
Etablir une expérience permettant de mesurer la concentration en 02 dissous en fonction de la
température et de la salinité. Reliez les résultats avec l’évolution de ces paramètres en mer de
Barents
Niveau B = niveau C auquel on ajoute :
Proposer une expérience permettant de mettre en évidence le rôle de la température et/ou de la
salinité sur la concentration en 02 dissous
Niveau C :
Proposer d’analyser les paramètres présents en mer de Barents
Non cohérent : pas de comparaison de paramètres. Pas d’étude de la mer de Barents
Réalisation de l’expérience :
-
Réalisation d’expérience avec un seul
paramètre modifié à chaque fois
Gestion de l’outil :
- Utilisation correcte du logiciel SIG
- Affichage de la bonne région
- Affichage individualisé des paramètres
pertinents (T°C, salinité, O2 dissous, quantité
de glace)
Aide mineure : remarques orales ou conseils ;
Aides majeures :
Procédure détaillée d’affichage des
couches pertinentes
Intervention de l’examinateur dans
l’affichage :
o de la zone :
o l’affichage
Stratégie opérationnelle :
Le candidat propose une stratégie de
résolution rigoureuse, réalisable au
laboratoire en accord avec le problème.
Le candidat précise ce qu’il s’attend à
obtenir.
Stratégie presque opérationnelle :
résolution suffisamment rigoureuse qui
répond au problème posé mais ne précise
pas ce qu’il s’attend à obtenir.
Stratégie peu opérationnelle :
résolution réalisable au laboratoire mais
insuffisamment rigoureuse ou incomplète
pour répondre au problème posé
Stratégie non opérationnelle ou absente.
Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Le candidat met en œuvre le protocole de
manière satisfaisante, seul ou avec une aide
Obtention de résultats exploitables :
mineure (maitrise le matériel, respecte les
consignes et gère correctement son poste de
travail).
Il obtient des résultats exploitables.
manière satisfaisante mais
Traitement permettant d’obtenir l
avec des aides mineures répétées.
Aide mineure : remarques orales ou conseils
Aide majeure : l’examinateur montre au candidat
comment afficher directement les résultats du
traitement
A
B
C
D
A
B
manière satisfaisante mais avec
une aide majeure.
C
manière approximative ou incomplète
malgré toutes les aides apportées.
Il n’obtient pas de résultats exploitables.
Un document de secours est indispensable.
D
Présenter des résultats pour les communiquer.
Respect des règles inhérentes au mode de
communication choisi :
Exactitude et exhaustivité des éléments de
commentaire associés :
Dessin, image numérique, schéma, tableau … Toute formulation qui explicite la cohérence du
mode de représentation choisi avec les
comparaisons attendues (trois molécules sont
comparées et elles le sont entre l’Homme et les 4
autres grands primates)
Exactitude des valeurs (distances, pourcentages
ou nombres de différences ou de
ressemblances).
Le candidat présente un résultat
compréhensible, complet et exact, qui
respecte les règles de communication.
A
compréhensible, complet et exact, mais
qui ne respecte pas les règles de
communication.
B
Le candidat présente un résultat peu
compréhensible et/ou incomplet et/ou
inexact.
incompréhensible.
C
D
Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème
Niveau A = niveau B auquel on ajoute :
Les résultats obtenus ont permis de conclure que le réchauffement climatique entraine une
modification de la température de l’eau, et une fonte des glaces qui entraine une modification de
la salinité
Ces différents paramètres entrainent une modification de la teneur en 02 de l’eau et donc
possiblement de la répartition de des populations de poissons
Le candidat utilise de manière satisfaisante
(pertinente, complète, exacte et critique) les
informations tirées des résultats obtenus
pour apporter une réponse au problème
posé.
Niveau B = niveau C auquel on ajoute : lien entre les variations et le réchauffement climatique
Le candidat exploite de façon satisfaisante
les résultats
mais ne répond pas au problème posé.
Niveau C : La région possède des caractéristiques qui ont évolué au cours du temps.
Non cohérent.
Le candidat exploite les résultats de façon
non satisfaisante
qu’il y ait ou non référence au problème
posé.
Le candidat n’exploite pas les résultats de
façon satisfaisante
et ne répond pas au problème posé.
A
B
C
D
Niveau bilan à reporter dans le tableur de notation :

Exploration des écosystèmes depuis l`Espace

Transcription

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