Caractérisation spectrale de l’état de dégradation des sols dans le bassin versant Tleta (Rif occidental) Maroc à partir des données ASTER


Etude Scientifique, 2011
71 Pages, Note: "-"

Extrait

SOMMAIRE:

Remerciement

Résumé

Abstract

INTRODUCTION GENERAIT

PROBLEMATIQUE.

OBJECTIFS

PARTIE I : SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE :
1. Notions et définitions de la dégradation des sols :
1.1. Définitions de la dégradation des sols:
1.2. Formes et facteurs de la dégradation des sols:
1.3. Indices de dégradation des sols :
1.4. Conséquences de la dégradation des sols au Maroc :
2. Evaluation de l’état de dégradation du sol :
2.1. Aperçu général sur les méthodes d’évaluation de l’état de dégradation des sols :
2.2. Méthode GLASOD :
2.1.1. Historique :
2.1.2. Définition :
3. Cartographie de la dégradation du sol à partir des données ASTER :
3.1. Données ASTER :
3.2. Apport de l’approche SAM :
3.3. Apport de l’approche des indices spectraux :

PARTIE II : MATERIEL ET METHODES :
1. Présentation de la zone d’étude :
1.1. Situation géographique :
1.2. Situation administrative :
1.3. Topographie :
1.4. Géomorphologie :
1.5. Géologie :
1.6. Climat :
1.7. Hydrographie :
1.7.1. Eaux de surface :
1.7.2. Eaux souterraines:
1.8. Sols :
1.9. Occupation du sol :
2. Matériel, données et image utilisées :
3. Méthodes et approches utilisées :
3.1. Prétraitement de l’image :
3.2. Cartographie de la dégradation des sols :
3.2.1. Approche des indices spectraux :
3.2.2. Identification par l’approche SAM des sols dégradés:
3.3. Méthode de validation des résultats :

PARTIE Ш : RESULTATS ET DISCUSSION :
1. Cartographie de l’dégradation des sols par l’approche des indices spectraux :
2. Apport de l’approche SAM à la cartographie des sols dégradés :

PARTIE IV CONCLUSIONS ET RECOMMANDATION :

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUE :

ANNEXES:

Dédicaces

Je dédie ce travail :

A l’âme du Grand : Ayoub El Alaoui

A mes chers parents : My. Larbi Elalaoui, Malika Benameur
Saad, Khawla et Aya Elalaoui
A mon adorable Nanna Hamoucha
A la mémoire de mes grands parents : My Said et Lalla Zohour

ElAlaoui

A mes grands parents : Med Et Ghanima Benameur
A toute la famille El Alaoui et Benameur
A tout mes amis (e)s de l’IAVHassan II et d’ailleurs, Fatima zohra
Bensaid, Ibtissam Elalaoui, rajae, safae, Ahlam, Nadia

A toute ma promotion.

A l’IAVHASSANII

Remerciements :

Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à mon
encadrant ФГ. M.CHIKHAOUI pour ses orientations, ses conseils, et son
accompagnement tout au long de fa période du projet, malgré ses multiples
préoccupations. J’ai eu l’honneur d’être encadré par un professeur, dont j’ai
appris, dynamisme, précision et perfection. Veuillez trouver ici, l’assurance de ma reconnaissance et mon grand respect.

Je tiens à remercier mon co-encadrant Фг. M..NAIMI, Pour sa disponi6ilité, son
aide précieux à la réalisation de ce travail veuillez accepter monsieur ma vive gratitude.

Je remercie Фг. Ф Zante pour son accompagnement sur le terrain et son apport
enrichissant à ce travail, sa disponi6ilité et son ama6ilité à servir.

Tous mes respects, Au directeur et staffde l’Institut de Techniciens Agricole
BEN WPJCH, pour leur accueil durant ma présence sur le terrain.

Mes profonds remerciements vont A ФГ. A.TALEB et PT. MSABIRqui ont
accepté de m’accorder de leur tempsprécieuxet m’ont honoré en acceptant

d’examiner ce travail

Je remercie tout ceuxet celles qui ont contri6ué de loin ou de près au bon

déroulement de ce travail.

A tous mes professeurs de CIAV HASSAN II, qui ont contri6ué à ma formation.

A L’IAV HASSAN II, qui à travers ses stages, son cadre universitaire a forgé
ma personnalité et à marquer mon parcours à vie.

Résumé

Au Maroc, la région rifaine est une zone de grande vulnérabilité à la dégradation des sols par l’érosion hydrique. Face à ce phénomène, les décideurs éprouvent un besoin pressant d'évaluer les effets de l'érosion sur la qualité des sols afin d’en mesurer l'ampleur et permettre l’élaboration de meilleures stratégies de conservation. La télédétection s’avère ainsi un outil approprié pour l’évaluation et le diagnostic de l’état de dégradation des sols.

Cette étude a porté sur la caractérisation de l’état de dégradation des sols au niveau du bassin versant Tleta Région du Nord (Tanger, Maroc). Ce bassin est caractérisé par une mosaïque pédologique variée, une topographie accidentée et une activité anthropique importante. Pour atteindre les objectifs assignés, les données du capteur ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) ont été utilisées.

De point vu méthodologique, on a adopté deux approches spectrales. La première est basée sur les indices spectraux et la deuxième est l’approche SAM (Spectral Angle Mapping). Il convient de noter que la définition des classes de dégradation des sols a été basée sur la méthode GLASOD (Global Assessment of Soil Deterioration).

Les résultats obtenus prouvent d’une part, que la classification GLASOD est appropriée aux études de diagnostic de l’état de dégradation des sols au nord du Maroc à l’aide des données ASTER et d’autre part, l’efficacité de l’intégration des bandes 2, 6 et 8 dans le calcul des indices spectraux. Cette intégration a permis d’améliorer les résultats et décrit fidèlement la réalité du terrain. Toutefois, la comparaison des résultats accorde une meilleure précision à l’approche des indices spectraux avec un coefficient de Kappa de 0,75 contre 0,61 pour l’approche SAM.

Ces résultats ont montré l’intérêt de l’utilisation du capteur ASTER et la méthode GLASOD dans l’étude du phénomène de dégradation des sols dans un pays du bassin méditerranéen.

Mots clés : Dégradation des sols, GLASOD, ASTER, SAM, indices spectraux, Rif, Maroc.

Abstract:

In Morocco, the Rif region is an area vulnerable to land degradation by water erosion. Faced with this phenomenon, decision makers feel a pressing need to evaluate the effects of erosion on soil quality, in order to measure the extent and allow the development of better conservation strategies. Remote sensing is so an appropriate tool for the evaluation and diagnosis of the state of degradation.

Our study focused on characterizing the state of land degradation in the watershed Tleta, of Tangier Morroco. This watershed is characterized by a heterogeneous soil mosaic, a rugged topography and an important human activity. To achieve the objectives of our study, data from the sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) were used.

From methodological point of view, we adopted two spectral approaches. The first is based on the spectral index and the second is the SAM (Spectral Angle Mapping). It should be noted that the definition of classes of level of degradation was based on the method of GLASOD (Global Assessment of Soil Deterioration).

The results proved, from a side, that GLASOD classification is appropriate for diagnostic studies of the state of soil degradation in northern Morocco using ASTER data, and from another side, the effectiveness of integration of bands 2, 6 and 8 of the ASTER sensor in the calculation of spectral index. This integration has improved the results and accurately portrays the reality on the ground. However, comparison of the results gives more accurate to the spectral index approach with a kappa coefficient of 0.75 against 0.61 for the SAM.

This results shown the interest of use of ASTER sensor and GLASOD in the study of the phenomenon of land degradation in the Mediterranean basin.

Keywords: Soil degradation, GLASOD, ASTER, SAM, spectral indices, Rif, Morocco

TE DES FIGURES :

Figure 1: Classification de la dégradation des sols à l’echelle mondial par la méthode GLASOD.

Figure 2 : Comparaison entre le capteur ASTER et ETM+ en terme de résolution spectrale et spatial

Figure 3 : Situation géographique du bassin versant Tleta.

Figure 4: Vue 3D du bassin versant Tleta (Vue latérale).

Figure 5 : Carte géologique du bassin versant Tleta.

Figure 6 : Carte pédologique du bassin versant Tleta.

Figure 7 : Carte d’occupation des sols du bassin du versant Tleta.

Figure 8 : Angle spectral entre le spectre de référence et le spectre image, dans un espace bidimensionnel.

Figure 9: Illustration des classes de l’état de dégradation des sols au niveau du bassin versant Tleta.

Figure 10 : Carte des niveaux de dégradation des sols à l’aide des indices spectraux.

Figure 11 : Illustration des niveaux de dégradation des sols A) Sols très peu dégradés, B) Sols peu dégradés C) Sols modérément dégradés, D) Sols très dégradés. (A, B, C, D sont localisés sur la figure 10).

Figure 12: Diagrammes bidimensionnels des indices spectraux pour les différents niveaux de dégradation des sols.

Figure 13 : Signatures pures des classes de niveau de dégradation des sols identifiées au bassin versant Tleta.

Figure 14 : Carte des niveaux de dégradation des sols par l’approche SAM.

Figure 15 : Illustration des niveaux de dégradation des solsA) Sols très peu dégradés, B) Sols peu dégradés C) Sols modérément dégradés D) Sols très dégradés, (A, B, C, D sont localisés sur la figure 14).

LISTE DES TABLEAUX :

Tableau 1: Dégradation anthropique à l’échelle mondiale des sols entre 1945 et 1990, (Source : PNUE-ISIRIC, 1991)

Tableau 2 : Processus et causes de la dégradation des sols à l’échelle mondiale,

Tableau 3 : Dégradation spécifique moyenne dans des bassins versants au Maroc (Conseil Supérieur de l’Eau et du Climat, 1991)

Tableau 4 : Caractéristiques du capteur ASTER (Chikhaoui et al, 2006)

Tableau 5 : Répartition administrative des communes rurales au niveau du bassin versant de Tleta (El Krich , 2009)

Tableau 6:Précipitations annuelles (en mm) - Stations d’Ibn Batouta, Kalaya, Tanger et Tétouan (El Krich, 2009).

Tableau 7: Précipitations mensuelles (en mm) - Stations d’Ibn Batouta et Kalaya

Tableau 8: Les classes de sols rencontrés dans le bassin Tleta (El Kamoune, 2009)

Tableau 9 : Pertes en sols en fonction de son occupation (Ezzine, 1998).

Tableau 10:Précision de la classification par l’approche des indices spectraux

Tableau 11 : Précision de la classification par l’approche SAM

Tableau 12 : Caractérisation des différentes classes de dégradation du sol.

LISTE DES ABBREVIATIONS:

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INTRODUCTION GENERALE

La dégradation des sols se définit comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l’utilité des ressources naturelles (Barrow, 1991).

Des visions, projetant le problème de dégradation des sols vers l’an 2020, prévoient une menace, mettant en danger la production alimentaire et les moyens d'existence du monde rural, notamment dans les régions pauvres et à forte démographie dans le monde en développement (Sara et al, 1997). La dégradation des sols en tant que phénomène d’ampleur globale, révèle donc l’importance d’intervenir pour y remédier, au vu de la liaison étroite qui l’associe à la sécurité alimentaire, à l’équilibre environnemental et à la stabilité socio­économique du milieu rural.

Le sol étant une ressource indispensable à la vie humaine, devrait faire l’objet d’études de diagnostic permanent et figurer en priorité, sur le plan décisionnel, au niveau des programmes de développement socio-économiques.

La présente étude porte sur la caractérisation de l’état de dégradation des sols au niveau du bassin versant Tleta (Rif occidental). C’est une zone caractérisée par une mosaïque pédologique vulnérable à la dégradation, un terrain en relief et des précipitations abondantes, favorisée par les actions anthropiques et les processus naturels de dégradation. L’érosion hydrique est le facteur de dégradation le plus important, vu ses effets et sa prédominance dans la région (GLASOD, 1990).

L’érosion hydrique, étant décrite comme une ablation et un transport de particules solides du sol par l’eau, peut entraîner, à l’échelle du bassin versant, en amont, une dégradation des sols, qui se manifeste au niveau de la parcelle par une perte de surface cultivable ou carrément du potentiel productif, et en aval, par une accumulation de sédiments affectant, en plus de la qualité des sols, la voirie, les réseaux d’irrigation et les ouvrages d’art, la capacité de stockage et la durée de vie des barrages ,ainsi que la dégradation de la qualité des eaux de surface.

Dans le cadre de la présente étude, un diagnostic des conditions de surface des sols, permettra la caractérisation des états de dégradation au niveau du bassin versant Tleta. Ceux-ci seront présentés en classes définies par la classification GLASOD (Oldeman et al, 1991), appropriée aux études de cartographie des états de surface et des niveaux de dégradation des sols à partir des données de télédétection (Hoosbeek et al, 1997).

Les processus de dégradation affectent la réponse spectrale des sols, ces derniers ayant des caractéristiques spécifiques (couleur, rugosité, humidité), qui rendent détectable tout type de changement qui y intervient. L’outil « télédétection » qui a fait preuve d’efficacité en termes d’étude de suivi et d’évaluation de l’état de dégradation des sols, permet l’identification des niveaux de leur dégradation.

L’utilisation des données du capteur ASTER, un capteur à 14 bandes, offre une précision en termes de résolution spectrale et spatiale, appropriée à l’étude de l’état de dégradation des sols. Pour la mise en évidence de ces niveaux de dégradation, on a utilisé deux approches de diagnostic d’état de surface : celle des indices spectraux (Escadafal et al, 1994 ; Mougenot et Cailleau, 1995 ; Escadafal and Bacha, 1996 ; Haboudane et al, 2002; Chikhaoui et al., 2007), utilisant la nature de la réponse spectrale des sols, et l’approche du SAM , dont le principe repose sur le calcul de l’écart angulaire pour mesurer la similarité entre un spectre de référence et celui d’un pixel de l’image (Kruse et al, 1993).

PROBLÉMATIQUE

L’érosion des sols est un phénomène largement répandu dans les différents pays méditerranéens. Elle prend des proportions considérables, en particulier sur les terres en pente à cause de la nature orageuses des pluies, de la forte vulnérabilité des terrains (roches tendres, sols fragiles, pentes raides et couvert végétal souvent dégradé), du surpâturage et de la surexploitation. Ainsi 40% des terres au Maroc sont affectés par l’érosion hydrique (FAO, 1990).

Au Nord du Maroc, la situation est alarmante puisque la dégradation spécifique dépasse 2 000 t/km2/an (MAMVA, 1993). Ce phénomène a connu une expansion spectaculaire et révèle des aspects de plus en plus inquiétants (Merzouk, 1988). Au niveau du bassin versant Tleta ,18% des terres sont ravinées et 2,5% sont des bad-lands (Merzouk et al, 1993).

En effet, la capacité de stockage du barrage Ibn Batouta (une des sources d’eau potable pour la ville de Tanger) ne cesse de diminuer, de 43 millions de m3 en 1978 à 38 millions de m3 en 1987, soit un envasement de l’ordre de 0,5 million de m3/an, ce qui représente 10% de sa capacité de rétention (Belkhairi, 1987).

En l’absence d’efforts de conservation, la dégradation se perpétue. La zone rifaine devrait faire l’objet d’un suivi permanent du phénomène et c’est dans ce cadre que s’inscrit la présente étude dans l’optique de diagnostiquer l’état de dégradation des sols au niveau du bassin versant Tleta.

OBJECTIFS

Cette étude a comme obj ectifs de :

-caractériser l’état de dégradation des sols au niveau du bassin versant Tleta en utilisant les données ASTER et d’effectuer une comparaison entre l’approche des indices spectraux et l’approche Spectral Angle Mapper (SAM);
- diagnostiquer l’état de dégradation des sols au nord du Maroc (Rif occidental) par les données ASTER;
- évaluer le potentiel de l’image ASTER dans la caractérisation des niveaux de dégradation des sols.

Partie I: Synthèse Bibliographique

1. Notions et définitions de la dégradation des sols :

1.1. Définitions de la dégradation des sols:

Le phénomène de dégradation des sols est complexe et a suscité des études approfondies faisant appel à plusieurs disciplines (télédétection, SIG, etc...), d’autant plus que sa définition diffère selon les angles d’interprétation. Ainsi l’expression « dégradation » sous-entend le retour à un niveau inférieur (Blaikie et brookfield, 1987), lorsqu’un sol se dégrade, sa productivité diminue et peut continuer à diminuer jusqu'à ce que des mesures soient prises pour freiner le processus de dégradation puis rétablir la productivité perdue.

La dégradation des sols est la diminution de la capacité d’une terre à atteindre un certain rendement pour un type d’utilisations données et une méthode de production définie. Elle se définit également comme un changement de tous les aspects naturels ou biophysiques de l'environnement par une activité anthropique au détriment de la végétation, des sols, de l’état de surface, des eaux de surface et souterraines ainsi que des écosystèmes (Conacher et Sala, 1998).

Une dégradation des sols non contrôlée peut mener à la perte complète de leurs capacités de production. Tous les types d’utilisation du sol favorisent une destruction partielle de la structure pédologique et une diminution de la fertilité du sol. C’est pourquoi l’exploitation abusive du sol à long terme doit s’accompagner de mesures de conservation.

Tableau 1: Dégradation anthropique à l’échelle mondiale des sols entre 1945 et 1990,

(Source : PNUE-ISIRIC, 1991)

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A l’échelle mondiale, la dégradation des sols, mesurée sur un intervalle de 45 ans, a enregistré un fort pourcentage de perte de surfaces productrices de biomasse. Le continent africain se retrouve en troisième position avec un pourcentage de 22 % de perte de terrain productif, cela est dû à l’urbanisation accrue d’une part et à la surexploitation des terres d’autre part (Tableau 1). En 2011, le phénomène est encore plus alarmant, des forêts se font substituer par des terrains agricoles, massivement exploités, et une augmentation de la population, fait surgir un mouvement d’urbanisation en faveur des terrains fertiles. Au Maroc, la conjoncture s’avère dans la même logique, la dégradation ne fait que s’aggraver, en présence des effets permanents des processus naturels d’érosion renforcés par l’augmentation de la surexploitation des terres. Les efforts fournis pour l’aménagement, des territoires soumis au problème, restent toujours insuffisants en parallèle avec la persistance du phénomène.

1.2. Formes et facteurs de la dégradation des sols:

La salinisation, l’acidification, le compactage, la diminution de la quantité de matière organique, la pollution, l’appauvrissement des sols en nutriments, la détérioration de la structure et l’érosion des sols sont toutes des formes de la dégradation des sols (Arnold et al., 1989 ; Roose, 1994).

Les sols au Maroc sont touchés par la salinité et l’alcalinité, qui n’ont cependant pas atteint une extension et une gravité comparables à celles qu’on rencontre dans les autres pays méditerranéens. Cependant, ce phénomène est amené à prendre de l’ampleur avec l’extension des superficies irriguées. Ce phénomène entraîne une diminution de la cohésion du sol, altère sa structure et, favorise la formation de grosses mottes et l’effritement de la terre arable. Le problème de la salinisation concerne les périmètres irrigués et en particulier celui du Tadla, du Draa, des Doukkala, de la Moulouya, du Souss et du Gharb (MADREF, 2001).

Au Maroc, l’étude menée par le PNUD et la Banque Mondiale en 1992, dans le cadre du Programme International de Recherche sur les techniques d’irrigation et de drainage, a montré que les superficies touchées par la salinisation sont de l’ordre de 500 000 hectares (MADREF, 2001).

La dégradation du sol se manifeste aussi par son appauvrissement en matière organique et en fertilité physique et chimique, alors qu’il ne reçoit que peu (ou pas) de restitution de biomasse. On assiste donc à une diminution de la productivité des sols et à une augmentation de sa vulnérabilité à l’érosion (MADREF, 2001).

Dans la partie occidentale du Rif, les pertes en matière organique et en éléments fertilisants, à l’échelle du bassin versant, ont été estimées respectivement à 40,82 kg/ha/an pour l’azote, 16,24 kg/ha/an pour le phosphore et 20,26 kg/ha/an pour le potassium total (Laabdi, 1978). Ces pertes correspondent à un coût annuel d’érosion de 254 dhs/ha/an avec un taux d’actualisation de 8 % (MADREF, 1995). La plus grande partie des terres emblavées est ainsi actuellement hors d’usage à cause de leur faible productivité ou en raison de l’affleurement de la roche mère (MADREF, 2001).

L’érosion hydrique représente un des principaux phénomènes responsables de dégradation des sols (Jansson, 1982). Ce processus cause la dégradation de 55 % de sols par rapport aux autres processus, telle l’érosion éolienne, la dégradation chimique et physique, suivie par le surpâturage à 35 % et le déboisement à 30 % qui sont des facteurs anthropiques (Tableau 2).

Tableau 2 : Processus et causes de la dégradation des sols à l’échelle mondiale, (FAO, 1984)

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- Facteurs de la dégradation des sols :

La dégradation des sols est régie par plusieurs facteurs comme le volume et l’intensité des précipitations, la présence et/ou l’absence d’un couvert végétal qui réduit l’impact des gouttes de pluie sur les particules du sol, la topographie agissant sur le mouvement de l’eau, la texture et la quantité de matière organique dans le sol, les propriétés du sol (sensibilité et érodibilité) et aussi l’orientation du terrain.

Ces facteurs déterminent l’ampleur de l’érosion, en prenant en considération que, par rapport à l’état naturel, l’utilisation des sols modifie trois des facteurs de dégradation, à savoir la végétation, la forme du relief et les propriétés du sol.

Les principales caractéristiques des sols qui permettent de déterminer le degré de sensibilité à l’érosion hydrique sont: la profondeur, la pierrosité, la granulométrie, la teneur en matière organique (Roose et al, 1993), la nature minéralogique des argiles (Auzet, 1987 ; Le Bissonnais et al. 1995), l’infiltrabilité (Papy et al, 1982) et la cohésion (Mériaux, 1961). L’érosion hydrique présente la principale cause de dégradation des sols au niveau de la région rifaine. Ceci dit, la dégradation des sols au niveau de cette région est souvent associée au phénomène de l’érosion hydrique.

- Définition de l’érosion hydrique :

L’érosion hydrique des sols commence par le détachement de particules de la surface du sol suite au contact entre celle-ci et les gouttelettes d’eau de pluie (splash), se développe lorsque les eaux de pluie, ne pouvant plus s'infiltrer dans le sol, ruissellent sur la parcelle en emportant les particules de terre. Ce refus du sol d'absorber les eaux en excédent apparaît soit lorsque l'intensité des pluies est supérieure à l'infiltrabilité de la surface du sol (ruissellement « Hortonien »), soit lorsque la pluie arrive sur une surface partiellement ou totalement saturée par une nappe (ruissellement par saturation) (Le Bissonnais et al, 2002). Ces deux types de ruissellement apparaissent généralement dans des milieux très différents, bien que l'on observe parfois une combinaison des deux (Cros-Cayot, 1996).

L’érosion hydrique est fonction de multiples facteurs, le climat, la végétation, l’utilisation des terres, la topographie, les caractéristiques du sol et la lithologie.

- L’érosion en zone méditerranéenne :

La spécificité de l'érosion en zone méditerranéenne tient surtout à son climat contrasté. En début d'été, des orages violents se succèdent, pouvant provoquer des rigoles plus ou moins profondes et entraînant de grandes quantités de terres sur les espaces dégradés. En automne, des orages surviennent après une longue période sans pluie, sur des sols desséchés ayant subi la dessiccation estivale. Ainsi, des averses de fréquence rare tombant sur des sols férmés en surface et de faible épaisseur sont à l’origine de la formation des ravines, de l’apparition des mouvements de masse et d’inondation (Allé, 1984).

L’absence de résidus de cultures surtout en années sèches favorise toute forme d’érosion. La couverture permanente du sol joue un rôle important dans sa protection contre les effets destructeurs de la pluie, d’abord, en retardant la formation d’un écoulement superficiel puis en réduisant la capacité de détachement et de transport du ruissellement en limitant sa vitesse et sa concentration.

La mise en culture d’un sol le rend sensible à l’érosion car la probabilité d’avoir un sol nu s’accroît lors des fortes précipitations. Cela dépend de la nature de la plante cultivée et des techniques culturales pratiquées (Roose et al, 1993).

Les sols de la région méditerranéenne sont souvent peu profonds sauf ceux situés sur des formes géomorphologiques d’accumulation ou des sables. Or la résistance à l’érosion hydrique est plus faible pour les sols superficiels que pour les sols profonds (Ryan, 1982), car dès que le sol peu épais est saturé par la pluie, il y a glissement de terrain, même sur une pente très faible.

Les divers types de roches et leurs structures donnent une indication précieuse sur la capacité d’infiltration des zones occupées par les roches et par les sols et en conséquence sur la quantité de sol susceptible d’être érodée (Krynine et Judd, 1957 ; Demmak, 1982).

1.3. Indices de dégradation des sols :

On peut identifier un sol dégradé par la présence de certains aspects révélateurs de l’état de celui-ci. On pourrait trouver de nombreuses pierres à la surface du sol, une accumulation de terre en amont des arbres ou au pied des troncs de ces derniers dans le cas des pentes avec couvert végétal pauvre, ou des traces de griffes fines, de rigoles formées par l'eau, particulièrement en haut des pentes, sur le bord des pistes ou dans les champs sillonnés par les labours, des ravins ou des ravines qui se forment par élargissement dû à la concentration du ruissellement excessif, on pourrait aussi observer des bad-lands ou les effets du sapement des berges.

La construction d’un indice synthétique se base sur une combinaison de paramètres ou d’indicateurs qui permettent de renseigner l’état de dégradation des sols dans une région donnée. Les indices synthétiques servent à la cartographie de l’état de dégradation des sols. Le type de dégradation, l’extension de la dégradation, et le degré de dégradation sont les indicateurs généralement utilisés pour identifier les classes de dégradation des sols (Barbant, 2009).

Premier Indicateur : les différents types de dégradation sont représentés par un symbole compréhensible au niveau international (Annexe 1) (par exemple : Ws pour Water sheet erosion, érosion en nappe).

Deuxième Indicateur : après avoir identifié le type de dégradation, il est nécessaire de calculer son extension définie comme « la superficie de terrain soumise à un type ou un sous type donné de dégradation ». C’est un indicateur quantitatif qui s’exprime en pourcentage de la superficie étudiée.

Connaître l’indicateur « extension » est nécessaire pour mener une politique de gestion des terres. Pour déterminer l’extension d’un type de dégradation on commence par repérer l’extension dans le paysage de visu ou à l’aide d’images aérospatiales, puis on localise et on reporte les observations sur une carte et on calcule la superficie concernée.

Troisième Indicateur : le degré d’intensité de dégradation (ou stade de gravité) est un seuil lié aux possibilités de restauration des terres selon chaque type de dégradation. Quatre niveaux de gravité de la dégradation sont reconnus:

S Peu réduite : la restauration à la pleine productivité est possible par des modifications de la gestion du système ;

S Modérée: la productivité du terrain est considérablement réduite, des améliorations importantes sont nécessaires pour restaurer la productivité ;

S Forte: le terrain est non récupérable au niveau des exploitations ;

S Extrême: le terrain est incorrigible et au-delà de la restauration.

1.4. Conséquences de la dégradation des sols au Maroc :

La dégradation des sols est un phénomène ayant des conséquences à plusieurs niveaux, in situ, une fois que la couche du sol arable y a disparu, la productivité potentielle chute rapidement, le déplacement des particules fines et de la matière organique peut détériorer la structure et modifier la texture du sol. Un changement de texture se traduira par une diminution de la capacité de rétention d’eau du sol et donc rendra ce dernier plus susceptible aux conditions extrêmes telles que la sécheresse.

La surexploitation des terres agricoles et des forêts risque de devenir davantage importante. Il est estimé que près de 73 % de la superficie agricole utile est touchée à des degrés divers par les phénomènes d’érosion éolienne et hydrique, lesquels sont en grande partie responsable de la dégradation des terres agricoles (MAEF, 2001).

Au Maroc, le quart de la superficie des bassins versants en amont des barrages présente des risques importants d’érosion hydrique (MAEF, 2001). Ce phénomène réduit la capacité de stockage d’eau dans les barrages de 75 millions de m3 par an, ce qui correspond à une perte de près de 6500 hectares de terres irriguées annuellement (Lahlou, 1994). Dans un pays comme le Maroc où les ressources en eaux sont rares, cette perte est catastrophique, d’autant plus que, les infrastructures hydrauliques sont par ce fait endommagées.

Le tableau 3, présente la dégradation moyenne des principaux bassins versants au Maroc.

Tableau 3 : Dégradation spécifique moyenne dans des bassins versants au Maroc (Conseil

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A l’échelle régionale, une étude réalisée par la FAO (Food and Agriculture Organisation) a permis de distinguer quatre catégories de régions selon l’importance de la dégradation spécifique (t/km[2] /an) (FAO, 1975):

- une zone à dégradation spécifique supérieure à 2 000 t/km2/an, comprenant le versant rifain du Sebou (Oued Ouergha) ;
- une zone à dégradation spécifique comprise entre 1 000 et 2 000 t/km2/an. Ce sont les régions pré-rifaines du Sebou et du Loukkos ;
- une zone à dégradation spécifique variant entre 500 et 1 000 t/km2/an, représentée par certains versants de l’oued Oum Er Rabia et du Souss (Tessaout, Issen, et Bine El Ouidane) ;
- les autres régions ont une dégradation spécifique inférieure à 500 t/km2/an.

La sensibilité des sols de la région rifaine à l’érosion, s’explique sur le plan physique, par une topographie accidentée, un réseau hydrographique très ramifié et une lithographie tendre (marneuse) très érodible et sur le plan anthropique, par le surpâturage et les défrichements soutenus.

En effet, au Maroc l’envasement engendre une perte annuelle correspondant au volume d’eau nécessaire à l’irrigation de 6 500 ha, un manque à gagner puisque les ressources en eaux deviennent de plus en plus rares. Les retenues les plus exposées à l’envasement se situent dans la région rifaine qui ne couvre que 6 % du territoire national. Parmi ces retenues, on cite le barrage d’Ibn Batouta dans la région de Tétouan-Tanger, qui a une durée de vie actuelle estimée à 60 ans (MADREF, 2001).

Le Rif marocain représente une zone où les sols sont très dégradés, et à ce niveau parait une nécessité d’intervention et d’élaboration d’un suivi et d’une évaluation de l’état de dégradation du sol.

LADA est la classification établie par la FAO, dans le cadre d’un projet visant à mettre au point et à utiliser des stratégies, des méthodes et des instruments pour évaluer, quantifier et analyser la nature, l’étendue et la gravité de la dégradation des terres ainsi que ses effets sur les écosystèmes, les bassins versants et fluviaux et le stockage de carbone dans les terres arides, à différentes échelles spatiales et temporelles (www.ISIRIC.org).

Les deux projets ont pour but de renforcer les capacités d’évaluation nationales, régionales et mondiales, en vue de faciliter la conception, la planification et la mise en œuvre des interventions visant à atténuer la dégradation des terres et de mettre en place des pratiques d’ utilisation et de gestion durables des terres.

2.2. Méthode GLASOD :

2.1.1. Historique :

En 1991, une première carte du monde sur l’état de dégradation des sols d’origine humaine a été publiée par ISIRIC, en coopération avec la FAO et l’UNEP (Oldeman et al., 1991). Au cours de la préparation de cette carte, une classification générale était développée, se référant à la classification GLASOD (Oldeman, 1991).

Le programme GLASOD vise l’évaluation mondiale de la dégradation des sols sous l’effet des activités humaines. Initié par le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE) et mis en œuvre par le World Soil Information (ISIRIC). Il avait pour objectif de présenter une carte mondiale de l’état de dégradation des sols au congrès mondial de la science du sol de Kyoto en 1990, puis au sommet de Rio en 1992.

La carte mondiale de GLASOD n’est pas une synthèse faite à partir des cartes nationales de dégradation des terres puisque la plupart des pays ne disposaient pas à l’époque d’une telle carte. Il s’agit donc d’une carte originale, réalisée entre 1987 et 1990 à partir de la compilation de données existantes et de quelques observations de terrain effectuées en 1988 et 1989 (GLASOD, 1988 et ISRIC-UNEP, 1991).

2.1.2. Définition :

GLASOD est une classification de l’état de dégradation des sols. Elle considère l’érosion comme la forme la plus importante de la dégradation des sols, compte tenu du fait que, sur l’ensemble des surfaces dégradées à la suite de leur exploitation par l’homme, 56 % le sont
par érosion hydrique et 28 % par érosion éolienne. Les principales causes de l’érosion hydriques sont la déforestation (43 %), le surpâturage (29 %) et la mauvaise gestion agricole. Pour l’érosion éolienne, il s’agit du surpâturage (60 %), de la mauvaise gestion agricole (16 %), de la surexploitation de la végétation naturelle (16 %) et de la déforestation (8 %) (Oldeman, 1993) (Figure 1).

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Figure 1: Classification de la dégradation des sols à l’echelle mondial par la méthode

GLASOD (Oldeman et al., 1991)

Le principe de la méthode repose sur la construction d’un seul indice synthétique qui permet la caractérisation de l’état de dégradation des sols et par la suite la cartographie de celui-ci. La construction d’un indice synthétique d’état de dégradation des terres se base sur la combinaison de trois indicateurs. Dans le cas du GLASOD, il s’agit de i) des différents types de dégradation qui sont représentés par un symbole compréhensible au niveau international, ii) l’extension de la dégradation qui s’exprime en pourcentage de la superficie affectée par le type de dégradation dans la zone du terrain concerné et iii) du degré d’intensité de dégradation (ou stade de gravité). L’indice synthétique est constitué de deux indicateurs qualitatifs (type et degré) et d’un indicateur quantitatif (extension).

La nomenclature des classes de dégradation en fonction de la méthode GLASOD se définit comme suit :

- sol peu dégradé : sol dont une partie de l’horizon de surface est érodée par l’érosion en nappe ;
- sol modérément dégradé : sol dont la grande partie de l’horizon de surface est érodée par l’érosion en nappe, en rigoles et en ravins ;
- sol très dégradé : sol où la manifestation de l’érosion est spectaculaire (érosion en ravins, en rigoles ou diffuse, badlands) avec la décapitation de l’horizon de surface.

3. Cartographie de la dégradation du sol à partir des données ASTER :

Les propriétés spectrales d’un sol dépendent principalement de la teneur en argiles, en carbonates, en matières organiques et en eau. Tous ces composants ont également une influence nette sur la couleur du sol observée à l’œil nu. Celle-ci peut être reliée aux mesures de réflectance dans le domaine visible. Par contre, la dominante minéralogique s’exprime surtout dans l’infrarouge moyen (Escadafal, 1994).

La réflectance d’une surface naturelle de sol, mesurée sur le terrain, dépend en plus de la configuration soleil-capteur-cible de la rugosité de la surface (Escadafal, 1994).

Pour le pédologue, il est indispensable de connaître les propriétés spectrales des sols pour tirer des informations de nature pédologique des images spatiales. Mais le télédétecteur devra aussi connaître ces mêmes propriétés pour pouvoir modéliser le comportement spectral des cibles, en particulier des ensembles sols-végétation, très largement dominants à la surface du Globe (Escadafal, 1994).

3.1. Données ASTER :

ASTER est un capteur lancé sur la plate forme Terra, en décembre 1999 dans le cadre du système de la NASA pour l’observation de la Terre EOS. ASTER est un effort de coopération entre la NASA, le ministère japonais de l'Economie, du Commerce et de l'Industrie (METI) et du centre japonais d’analyse des données de télédétection de la terre (ERSDAC).

ASTER est utilisé pour obtenir des cartes détaillées de la température de surface des terres, de réflectance et d'altitude. La plate forme Terra est sous contrôle de la direction des scientifiques de la NASA dans le cadre de la mission du système Terre-Soleil, et à pour but d'observer, comprendre et modéliser le système de la terre pour découvrir comment elle évolue, afin de mieux prévoir les changements, et en déduire les conséquences concernant la vie sur terre.

Ce capteur couvre une large région spectrale avec 14 bandes couvrant le visible (VNIR), l’infrarouge moyen (SWIR) et l'infrarouge thermique (TIR).Une bande de l’infrarouge proche supplémentaire fournit la couverture stéréoscopique (Tableau 4) (NASA).

Tableau 4 : Caractéristiques du capteur ASTER (Chikhaoui et al, 2006)

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Le capteur ASTER représente un avantage en termes de résolution spectrale et spatiale (Figure 2) par rapport au capteur Landsat ETM+. La résolution spectrale est plus importante au niveau du moyen infrarouge et la résolution spatiale est réduite à 15 m au niveau des bandes du visible et du proche infrarouge.

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Figure 2 : Comparaison entre le capteur ASTER et ETM+ en terme de résolution spectrale et

spatiale (NASA, 2005).

3.2. Apport de l’approche SAM :

Le SAM (Spectral Angle Mapper) est une approche de classification basée sur un concept physique et développée par Kruse et al. (1993). Dans cette approche, on utilise toutes les bandes spectrales. L’approche détermine par calcul de l’angle θ (en radians) la similarité entre un spectre de référence et un spectre de l’image. La génération des signatures spectrales de référence peut être réalisée à partir de l’image comme le cas de cette étude.

L’approche considère les valeurs du pixel comme un vecteur dans un espace ayant une dimension égale au nombre de bandes. C’est une approche rigoureuse non sensible à l’albédo à condition d’utiliser des données calibrées (Kruse et al, 1993).

L’affectation de chaque pixel de l’image à une classe donnée se base sur la mesure de l’angle entre le vecteur du spectre de référence et chaque vecteur de l’image dans l’espace à n dimensions, où n est le nombre de bandes. L’utilisation de l’approche SAM permet d’obtenir une image d’angle θ pour chaque spectre de référence. A partir des images d’angle θ, on réalise un seuillage afin d’attribuer à chaque pixel le thème qui y possède la valeur la plus faible de θ : plus l’écart angulaire est petit, plus la similarité est importante. Ce concept de classification est assez intéressant pour la cartographie de l’état de surface et des ressources naturelles (sols, végétation) (Sohn et al, 1999 ; Sohn and Rebello, 2002 ; Chikhaoui et al, 2005 ; 2007) car les méthodes conventionnelles, telles que Isodata et la distance minimale, utilisent la distance euclidienne qui est simple comme critère de similarité (Sohn and Rebello, 2002).

3.3. Apport de l’approche des indices spectraux :

Les propriétés d’absorption et de réflexion des éléments (végétation, sol, roche, eau, etc.), déterminent la forme de la courbe de réflectance de ces derniers. Se basant sur cette notion, des indices spectraux de sol et de végétation ont été développés afin de faire du suivi environnemental. Ces derniers utilisent les régions spectrales les plus riches en information relative à chacun des différents types d’occupation du sol.

De nombreux facteurs affectant la réflectance des sols, résultent directement de la composition et de la couleur des sols (Courault et al, 1988). Dans les régions arides, plusieurs phénomènes de dégradation et de restauration affectent l’aspect de la surface du sol, incluant la couleur (Escadafal and Meiger, 1998). La caractérisation de la couleur du sol à l’aide des réflectances spectrales permet d’obtenir des informations sur les composantes intrinsèques du sol. Il est également possible d’utiliser les indices spectraux pour caractériser l’état de dégradation des sols. L’apport de ces derniers pour la caractérisation de la dégradation du milieu a été démontré par différents auteurs (Escadafal et al, 1994 ; Madeira et al, 1997).

En effet, les travaux d’Escadafal et al. (1994) ont proposé l’indice de forme (IF) afin d’étudier les sols. Cet indice décrit la forme du spectre de réflectance qui dépend des propriétés physico-chimiques de la cible étudiée. L’utilisation de l’IF a permis de discerner les différents niveaux de dégradation du sol en milieu semi-aride. Toutefois, plusieurs travaux ont démontré l’intérêt de l’intégration des bandes du domaine spectral de l’infrarouge de courtes longueurs d’ondes (SWIR) dans le calcul de l’IF afin d’améliorer la qualité des résultats de l’étude de la dégradation des sols (Chikhaoui et al, 2005 ; 2007; Haboudane et al, 2002). Tandis que l’indice de brillance (IB) permet d’identifier la réflectance globale d’une cible donnée dans le domaine du visible et du proche infrarouge et l’indice RBD (Relative absorption-BandDepth) utilisé pour caractériser la présence des carbonates (Rowan et Mars, 2003 ; Chikhaoui et al, 2006).

Partie II:

Matériel et Méthodes

[...]

Fin de l'extrait de 71 pages

Résumé des informations

Titre
Caractérisation spectrale de l’état de dégradation des sols dans le bassin versant Tleta (Rif occidental) Maroc à partir des données ASTER
Cours
Science du sol
Note
"-"
Auteur
Année
2011
Pages
71
N° de catalogue
V370850
ISBN (ebook)
9783668486799
Taille d'un fichier
5379 KB
Langue
Français
mots-clé
Dégradation des sols, GLASOD, ASTER, SAM, indices spectraux, Rif, Maroc, Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, Global Assessment of Soil Deterioration, Spectral Angle Mapping
Citation du texte
Hajar Elalaoui (Auteur), 2011, Caractérisation spectrale de l’état de dégradation des sols dans le bassin versant Tleta (Rif occidental) Maroc à partir des données ASTER, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/370850

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