EPIGRAPHE
« La nature sans la science a été plus forte
que la science sans la nature. »
Marcus Tullius Cicero
II
IN MEMORIAM
A notre père MOSETE BUNGALASA Ambroise que le
destin
nous a arraché.
Nous aurions voulu être lus par vous ; nous vous
immortalisons à travers ce travail.
Que votre âme repose en paix dans les entrailles de la
terre
de nos aïeux.
III
A BONGESE N'KOTA Brigitte, ma très chère
mère.
Je dédie ce travail
iv
REMERCIEMENT
Qu'il nous soit permis d'exprimer, à la fin de notre
cycle de Licence, nos vifs sentiments de reconnaissance à tous ceux qui,
de près ou de loin, ont contribué à la réalisation
de ce travail.
De prime abord, nous pensons au Professeur Jean-Claude KAMANDA
WA KAMANDA pour avoir accepté de diriger ce travail et surtout pour
avoir suscité en nous un grand intérêt pour la
Géographie physique. Sans lui, il ne nous serait peut-être pas
venu l'idée d'aborder cette orientation de recherche.
Nous voudrions également exprimer toute notre
reconnaissance envers le corps académique et scientifique de
l'Université Pédagogique Nationale (UPN), en particulier ceux du
Département de la Géographie-Sciences de l'Environnement, qui
malgré la conjoncture actuelle, se sont investi pour nous donner une
formation digne durant les cinq longues et pénibles années
académiques.
Nous sommes également redevable envers les Professeurs
: BINZANGI KAMALANDUA, MONGA KASONGO, OTAMONGA Jean Paul, MBENGA LEY pour leurs
encouragements et participations.
Nous nous en voudrions, de ne pas remercier les Chefs de
Travaux Roland KAKULE et Sébastien LUVUEZO pour leur encadrement.
Particulièrement, nous tenons à remercier
monsieur Joseph RUZINDANA pour son accompagnement et apports diverses sur la
réalisation de ce mémoire.
A ma mère BONGESE N'KOTA Brigitte, pour son amour et son
affection.
A toute notre famille particulièrement à : Julie
BUNGALASA, Mariam BUNGALASA, Espérance BUNGALASA, Nathalie BUNGALASA,
Kevin BUNGALASA, Claim BUNGALASA, Patricia NZEBA, Benjamin KINUA, Dady BOSISE,
Jolie BOSISE, Olivier BOSISE, Brigitte IYOFE ainsi qu'à Mariam BANSELE
pour leurs soutiens.
A tous les collègues de promotion et à ceux
d'autres promotions, Nous voudrions également exprimer notre
sincère amitié. Le temps passé à côté
de chacun d'entre eux a été agréable et
bénéfique.
V
Que tous ceux que nous n'avons pas cité, quoiqu'ayant
contribué significativement à notre formation, trouvent ici
l'expression de toute notre gratitude.
Puisse le Dieu d'amour vous combler d'abondantes
bénédictions.
MOSETE BUNGALASA Corneille
vi
RESUME
Notre étude réalisée dans le bassin
versant de la rivière Lukunga a pour objectifs d'étudier
l'évolution de l'occupation du sol dans la période 1987-2018
à partir des images satellitaire et de modéliser les processus
érosifs dans le bassin à partir d'une combinaison de facteurs
dans un SIG après numérisation et
géoréférencement en l'occurrence : l'inclinaison et la
longueur de la pente, l'occupation du sol et la vulnérabilité des
sols.
Les cinq cartes d'occupation du sol issues de la
classification supervisée des images satellitaires ainsi que la carte de
sensibilité du bassin versant à l'érosion montrent que
:
? Entre 1987 et 2018, Le bassin versant a été
marqué par une dynamique dans l'occupation du sol sous l'effet
principalement des interventions de l'homme et cela a fait que la
température ambiante puisse s'augmenter de 10o C ;
? le bassin versant de la Lukunga est fortement exposé
au phénomène de l'érosion d'où la
nécessité immédiate de sensibiliser gouvernants et
gouvernés.
Mots clés : Bassin versant, rivière
Lukunga, occupation du sol, SIG, processus érosifs.
vii
ABSTRACT
Our study in the Lukunga River watershed aims to study the
evolution of land cover in the period 1987-2018 from satellite images and to
model the erosive processes in the basin from a combination of factors in a GIS
after digitization and georeferencing in this case: inclination and length of
slope, land use and soil vulnerability.
The five land cover maps from the supervised classification of
satellite images as well as the erosion basin sensitivity map show that:
? Between 1987 and 2018, the watershed was marked by a dynamic
in the occupation of the soil under the effect mainly of the interventions of
the man and this made that the ambient temperature could be increased;
? The Lukunga watershed is highly exposed to the phenomenon of
erosion, hence the immediate need to sensitize rulers and ruled.
Key words: Watershed, Lukunga River, land use, GIS,
erosive processes.
VIII
LISTE DES TABLEAUX
|
Numérotation
|
Titre
|
Page
|
|
I.1.
|
Calcul de la hauteur moyenne
|
32
|
|
I.2.
|
Deuxième classification de l'O.R.S.T.O.M
|
33
|
|
II.1.
|
Caractéristique des images satellitaires
analysées
|
42
|
|
III.1.
|
Indice de Kappa
|
74
|
LISTE DES FIGURES
|
Numérotation
|
Titre
|
Page
|
I.1.
|
Diagramme Ombro-thérmique de la ville de Kinshasa
|
19
|
I.2.
|
Courbe hypsométrique et diagramme de fréquences
altimétrique
|
31
|
I.3.
|
|
Croissance de la population du bassin en dix ans
|
36
|
|
|
II.1.
|
Procédure du traitement de délimitation bassin et
du réseau hydrographique
|
44
|
|
I.2.
|
Procédure de traitement dans l'étude diachronique
de l'occupation du sol
|
46
|
|
II.3.
|
Procédure de traitement dans l'élaboration du
NDVI
|
47
|
|
II.4.
|
Procédure de traitement pour l'élaboration des
cartes d'ilots de chaleur
|
48
|
II.5.
|
Méthodologie suivie pour la modélisation des
processus érosifs
|
51
|
II.6.
|
|
Méthodologie suivie pour le facteur LS
|
53
|
|
|
III.1.
|
Occupation du sol en 1987
|
58
|
|
III.2.
|
Occupation du sol en 2001
|
58
|
|
III.3.
|
Occupation du sol en 2006
|
59
|
|
III.4.
|
Occupation du sol en 2013
|
59
|
|
III.5.
|
Occupation du sol en 2018
|
60
|
|
III.6.
|
Dynamique de la végétation arbustive et lambeau
forestier
|
62
|
|
III.7.
|
Dynamique de la végétation herbeuse et champs
|
64
|
|
III.8.
|
Dynamique du sol nu
|
66
|
|
III.9.
|
Dynamique de l'eau
|
68
|
|
III.10
|
Dynamique des zones anthropisées
|
70
|
|
III.11.
|
Tendances de classes d'occupation du sol dans le bassin versant
de la Lukunga
|
72
|
LISTE DES PHOTOS
|
Numérotation
|
Titre
|
Page
|
|
I.1
|
Accumulation des déchets plastiques au niveau du pont
Kinsuka
|
35
|
|
I.2
|
Carrière de sables le long de la rivière Lukunga
|
35
|
ix
LISTE DES CARTES
|
Numérotation
|
Titre
|
Page
|
I.1.
|
Bassin versant de la Lukunga dans Kinshasa
|
16
|
I.2.
|
Distribution des quartiers dans le bassin versant
|
18
|
I.3.
|
Topographie du bassin versant de la Lukunga
|
20
|
I.4.
|
Géologie de Kinshasa
|
24
|
I.5.
|
Pédologie du bassin versant de la Lukunga
|
26
|
I.6.
|
|
Réseau hydrographique du bassin versant de la Lukunga
|
28
|
|
|
III.1.
|
Occupation diachronique du sol
|
57
|
|
III.2.
|
Dynamique de la végétation arbustive et lambeau
forestier
|
61
|
|
III.3.
|
Dynamique de la végétation herbeuse et champs
|
63
|
|
III.4.
|
Dynamique du sol nu
|
65
|
|
III.5.
|
Dynamique de l'eau
|
67
|
|
III.6.
|
Dynamique des zones anthropisées
|
69
|
|
III.7.
|
Dynamique des ilots de chaleur
|
71
|
|
III.8.
|
Sensibilité à l'érosion
|
76
|
ANNEXE
|
Numérotation
|
Titre
|
Page
|
|
Annexe 1
|
Moyenne de données climatiques de Kinshasa de 1987
à 2017
|
83
|
|
Annexe 2
|
Principaux affluents de la rivière Lukunga
|
83
|
|
Annexe 3
|
Répartition des tranches de surfaces du bassin en fonction
de l'altitude
|
84
|
|
Annexe 4
|
Carte NDVI
|
85
|
|
Annexe 5
|
Carte LSE
|
86
|
|
Annexe 6
|
Arborescence logique
|
87
|
|
Annexe 7
|
Carte Facteur LS
|
88
|
|
Annexe 8
|
Carte Vulnérabilité à l'érosion
|
89
|
X
LISTE DES ACRONYMES
CRGM : centre de recherches géologiques et
minières
ESRI : Environmental Systems Research Institute
ETM+ : Enhanced Thematic Mapper Plus
FAO : Organisation des Nations Unies pour l'Alimentation et
l'Agriculture
Ha : Hectare
INGEO : Ingénierie Géomètre Expert
Km : Kilomètre
Km2 : Kilomètre carré
LST : Land Surface Temperature
MNT : Modèle Numérique de Terrain
NASA : National Aeronautic and Space Administration
NDVI Normalized Difference Vegetation Index, en français
indice de végétation
de la différence normalisée
ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique
Outre-mer
OSFAC : Observatoire des Forets d'Afrique Centrale
Pmm : Pluviométrie
PNUE : Programme des Nations unies pour l'environnement
SIG : Système d'information Géographique
T °C : Celsius
T° : Température
TM : Thematic Mapper
USGS : United States Geological Survey
USLE : The Universal Soil Loss Equation
WGS_84 : World Geodetic Systèm 1984
1
INTRODUCTION GENERALE
1. Contexte
L'érosion est considérée comme un des
grands problèmes de l'environnement dans le monde (Conférence de
l'organisation internationale de la conservation du sol, 2006). Elle menace
à la fois les pays développés et les pays en
développement.
L'érosion hydrique est un processus naturel de
dégradation des terres, causé par les pluies, qui se traduit par
le déplacement des terres d'un point surélevé vers un
autre en contre bas.
A la base de ce phénomène l'on trouve bien
souvent une urbanisation incontrôlée des collines qui
déclenche un phénomène généralisé
d'érosion dont les manifestations varient avec la morphologie des sites
et prennent parfois l'allure de véritables catastrophes (CAILLE, 1983).
Il en résulte une destruction de l'environnement, des infrastructures et
ouvrages humains, la pollution des eaux et des sols au niveau du bassin
versant.
Ainsi, Kinshasa, capitale de la RDC, présente un fort
taux d'urbanisation sauvage. Aussi, elle est caractérisée par des
précipitations de plus en plus grande en intensité, de plus ses
sols sont constitués d'un épais manteau sableux
d'altération situés pour une bonne partie dans des zones
collinaires ; c'est-à-dire que l'annexion de ces facteurs fait d'elle le
siège d'érosions singulières.
En effet, plusieurs études ont été
menées sur cette thématique avec multiples approches dans le
cadre d'une gestion efficace des sols, des eaux et des bassins versants. Parmi
ces approches figurent le modèle expérimental de WISCHMEIER (USLE
: Universal Soil Loss Equation) qui évaluent les pertes en sols sur des
parcelles expérimentales, et plus récemment sa version
révisée qui est basée sur le Système d'Information
Géographique.
A titre d'exemple, Youssef El HADRAOUI (2013) dans son
étude sur le bassin versant du Bouregreg au Maroc, a utilisé cet
outil expérimental de WISCHMEIER pour étudier l'évolution
de l'occupation du sol et modéliser les processus érosifs dans ce
bassin.
L'étude du processus érosif fait sans doute
partie intégrante des enjeux de gestion intégrée des
ressources en sol et en eau.
2. Problématique
L'accroissement de la ville de Kinshasa ne se fait pas selon
les normes urbanistiques, causant ainsi des problèmes
d'aménagement. De plus l'accroissement progressif d'occupation de sols
à Kinshasa se traduit par une régression du couvert
végétal pour le lotissement des parcelles et suite à la
croissance démographique qui implique l'augmentation des besoins en bois
de chauffe et charbon de bois, en nourriture (défrichement
d'étendues végétales à des fins agricoles), en eau
et l'accroissement de la production des déchets. (ANONYME, 2006)
2
Tant les sciences humaines que les sciences naturelles ont
cherché à établir un cadre de référence de
gestion intégrée d'espace territoriale. De nos jours, on
reconnaît cet espace de conciliation dans le découpage des bassins
versants (Child et Armour, 1995; Québec, 2002).
Cependant, l'occupation des bassins versants se fait souvent
sous la forme d'espaces nus non viabilisés, sans aucune forme
d'assistance et sans infrastructures d'accompagnements nécessaires. La
présence des désastres provoqués par l'occupation des
sites à risque : « inondation, ensablement, pollution,
érosions et les glissements des terres » et l'insuffisance des
ressources pour une meilleure gestion urbaine sont fréquentes (GANGBAZO,
G., et BABIN, F., 2000).
En effet, le bassin versant de la Lukunga n'échappe
malheureusement pas à cette sombre réalité. Par suite de
la surpopulation, toutes les terres vacantes sont occupées, y compris
les milieux à risques notamment des zones inondables et des zones
sensibles à l'érosion.
L'occupation des zones d'altitude sans assistance accroit leur
sensibilité à l'érosion hydrique occasionnant
l'ensablement des rivières et affectant sensiblement le débit de
la rivière Lukunga et de ses affluents. Par contre, l'occupation des
zones de basse altitude entraine notamment des problèmes d'inondation et
de pollutions fécales des eaux suite à la mauvaise gestion des
eaux.
Ainsi, le constat ressort qu'un aménagement
incontrôlé a des conséquences sur la stabilité des
versants, sur le régime hydrique et sur la qualité de l'eau de la
rivière Lukunga et de ses affluents.
Ce travail se propose de répondre aux
préoccupations formulées par les questions suivantes :
· Quelle est la dynamique de l'occupation du sol dans le
bassin versant de la Lukunga dans la période comprise entre 1987 et 2018
?
· Quelle est la conséquence de cette dynamique
sur la température ambiante vue par satellite ?
· Où sont les zones les plus sensibles à
l'érosion et quels en sont les facteurs déterminants ?
Dans les lignes qui suivent nous formulons des réponses
provisoires à ces préoccupations 3.
Hypothèses
Eu égard à ce qui précède, nous
proposons les hypothèses suivantes :
· La dynamique de l'occupation du sol serait
caractérisée par un recul de la couverture végétale
en faveur de zones anthropisées en perpétuel accroissement ;
· la température des ilots de chaleur, serait
caractérisée par une augmentation soutenue en degrés ;
· Les zones sensibles à l'érosion seraient
celles dont la conjonction de facteurs favorables à l'érosion
sera plus marquée, les facteurs déterminants seraient la
qualité
3
du sol, l'inclinaison et la longueur de la pente ainsi que le
degré de la biomasse végétal.
4. Revue de la littérature
Le phénomène érosif ainsi que la
Géomatique sont des thématiques qui ont fait l'objet des
nombreuses études à travers le monde et à
différentes époques.
LOKWISHA et FADUE (2004) ont effectué
une étude systémique sur l'érosion du Mont-Amba et ont
trouvé en cela une cause fréquente de la
détérioration de la ville de Kinshasa. Des pistes de lutte contre
le ravinement ont été proposées.
D. SACREE (2007) dans le district du
Mont-Amba met en évidence la détection par image satellite des
ravins tout en essayant d'établir une carte des zones à risques,
susceptibles de laisser place à la formation de ravins et une tentative
d'identification de ces derniers sur des images satellites à très
haute résolution.
E. BENKRID (2008) a fait une étude en
Algérie sur l'évolution spatio-temporelle en mettant en exergue
l'évolution du comportement chlorophyllien des
sous-périmètres irrigués entre eux et en a déduit
que la végétation est très variablement dépendante
des conditions climatiques.
A. MUKENDI KATAMBA (2009), dans son
étude sur le bassin versant de la Funa, a spatialisé les zones
potentiellement érosives et inondables ainsi il décrit le type de
pollution rencontrée sur la zone d'étude et a
évalué perte de sol sur le bassin.
O. KANOHIN FULVIE EPSE et Al (2012) ont
grâce à la télédétection identifiée
l'inégale répartition des points d'eau dans la région de
Daoukro en Côte d'Ivoire.
I. RUZINDANA JOSEPH (2013) a
évalué la dynamique du couvert végétal dans la
ville de Kinshasa par commune entre 1987 et 2001 sur base de l'indice de
végétation au moyen de la télédétection avec
comme logiciels et, ERDAS IMAGINE 9.1, Arc GIS 9.3 ; puis a
déterminé la température de surface des ilots de chaleur
à l'aide d'Idrisi Andes.
Y. El HADRAOUI (2013) a étudié
au Maroc l'évolution de l'occupation du sol dans la période entre
1885-2011 dans le bassin versant du Bouregreg à partir des images
Landsat et a modélisé les processus érosifs à
partir des modèles numériques de terrain et données issues
de classification spatio-temporelles de suivi de l'occupation du sol en
utilisant les logiciels ERDAS IMAGINE, IDRISI ANDES.
K. DJAGNIKPOK et Al (2016) à l'aide
d'Arc Gis 10.0 et d'Envi 5.1, ont caractérisé et
cartographié les différents types d'occupation et d'utilisation
de terres, pour enfin évalué la dynamique spatio-temporelle entre
1980 et 2015 dans une région du Sud-Est du Togo.
R. KAKULE KASEREKA (2016) a
déterminé les différentes étapes de l'urbanisation,
a élaboré une carte administrative actualisée de la ville
de Mbuji-Mayi à partir des données satellitaires. L'auteur a fait
l'inventaire, a décrit et cartographié les différentes
zones effondrées de la ville de Mbuji-Mayi.
4
H. MOPUKU NDOMBOLI (2017) a mesuré
grâce au Système d'Information Géographique et aux images
satellitaires, l'évolution des ravins de Mataba dans le quartier
Djelo-Binza dans la commune de Ngaliema dans le temps et a évalué
en hectares le développement surfacique de dits ravins pour en
établir une cartographie.
Quant à notre étude, elle a comme
particularité d'être mené dans le bassin versant de la
rivière Lukunga appliquant les techniques des systèmes
d'Information Géographique, de la télédétection et
des données d'observation terrestre sur le phénomène
érosif.
5. Choix et Intérêt du sujet 5.1. Choix du
sujet
Le choix de notre sujet de mémoire « Etude
diachronique de l'occupation du sol et modélisation du processus
érosif dans le bassin versant de la rivière Lukunga. » est
motivé par la volonté de mettre en pratique les connaissances
acquises sur la cartographie, le SIG et la télédétection
sur un milieu que nous connaissons quasiment.
5.2. Intérêt du sujet
L'intérêt de ce travail est à la fois
scientifique et pratique. En effet, sur le plan scientifique, cette
étude contribue à la Gestion Intégrée de Ressource
en Eau par une approche globale de l'étude d'un bassin versant et met en
relief les différents aspects de l'étude de ce bassin versant
grâce aux outils du Système d'Information Géographique et
de la télédétection. Sur le plan pratique, elle constitue
ainsi une contribution à la gestion des eaux et des versants du bassin
de la rivière Lukunga, en vue de l'amélioration du mode de vie de
ses populations, et un outil de prise de décisions aux mains des
décideurs et gestionnaires des ressources en eau et d'aménagement
foncier.
6. Objectifs
6.1. Objectif général
Globalement, cette recherche étudie de prime abord le
changement de l'occupation du sol dans le bassin versant de la Lukunga et
d'adopter ensuite une méthodologie qui permettra de superposer et
d'analyser un ensemble de facteurs pour faire ressortir à la fin du
travail une carte des sensibilités à l'érosion, outil que
les planificateurs et décideurs peuvent s'en servir après dans
l'aménagement.
6.2. Objectifs spécifiques
Ainsi, spécifiquement, cette recherche vise à :
- Caractériser le bassin versant de la Lukunga ;
- Evaluer l'occupation des sols et la température de l'air
de surface à l'échelle de 31 ans;
- Etablir une cartographie des zones de sensibilité
à l'érosion ;
- Evaluer les en hectares les superficies de ces
différentes zones ;
- Proposer des pistes de solution pour un aménagement
rationnel en vue de l'utilisation rationnelle, optimale et durable des
terres.
Temporellement, notre travail couvre l'ensemble d'une
période allant de 1987 à 2018 soit un lapse de temps de 31
ans.
5
7. Méthodologie d'approche
Les différentes approches méthodologiques
suivies dans cette étude sont exposées dans le deuxième
chapitre, mais nous indiquons ici, les grandes lignes.
7.1. Méthodes de recherche 7.2. Définir
une méthode
Nous avons utilisé les méthodes descriptive,
analytique et historique qui ont consisté à analyser et
décrire les données en présence par une approche
géographique et d'interpréter les résultats. Les
mêmes méthodes ont permis d'élaborer différents
tableaux statistiques et figures à partir données
traitées.
Quant à la méthode historique, elle nous a
permis de retracer l'évolution démographique de la population de
ce bassin versant. La méthode documentaire a consisté à
réunir la documentation sur les sols de notre milieu d'étude, les
images satellitaires et les shapefiles qui ont fait l'objet des données
de bases pour ce travail.
7.3. Techniques de collecte des
données
Une technique est un outil de la démarche scientifique
en ce qu'il permet de collecter et d'analyser les données afin de
confirmer ou d'infirmer le fait elle complète la méthode
scientifique utilisée. Aux méthodes décrites ci-haut,
nécessitent l'emploi des techniques adaptées à la collecte
et au traitement de données.
7.3.1. Revue documentaire
Elle a consisté à collecter les informations
à partir de diverses sources documentaires relatives à notre
étude et qui sont constituées des livres, articles scientifiques
et rapports.
7.3.2. Observation directe
Cette technique a consisté à observer le
phénomène par des descentes sur terrain. 7.3.3.
Cartographie
Plusieurs cartes ont été
élaborées afin d'avoir une vue d'ensemble du
phénomène érosif dans ladite zone d'étude. Pour y
parvenir, nous avons recouru au SIG, des techniques de
télédétection, et des données d'observation de la
terre, avec l'aide essentiellement du logiciel Arc Gis 10.3.1.
8. Délimitation spatio-temporelle
Spatialement, notre travail se porte sur le bassin versant de
la rivière Lukunga dans la partie Ouest de la ville de Kinshasa.
6
9. Difficultés rencontrées
L'une des difficultés majeure pour mettre en place un
modèle sur les processus érosifs dans un bassin versant c'est la
collecte des données d'où il a fallu y associer un coût
conséquent pour l'acquisition de ces données.
10. Structure du travail
Hormis une introduction et une conclusion
générale, cette recherche s'articule autour de 3 chapitres. Dans
le premier chapitre, nous définissons les concepts, présentons la
zone d'étude et nous parlons de l'intérêt de la
géomatique dans l'étude du phénomène érosif.
Le deuxième chapitre expose les données, matériels et
procédures du travail utilisées dans l'étude diachronique
de l'occupation du sol et pour la modélisation des processus
érosifs dans le bassin versant de la Lukunga.
Une analyse et une discussion des résultats obtenus est
présentée dans le troisième chapitre.
7
CHAPITRE I. CONSIDERATIONS GENERALES
Dans ce premier chapitre de notre travail, il s'agira
premièrement de définir les différents concepts
utilisés tout long de notre étude, deuxièmement de
présenter le milieu d'étude et en fin troisièmement de
parler l'intérêt de la géomatique dans l'étude des
phénomènes érosifs.
I.1. Définition des concepts
Il est impérieux de préciser, préalablement,
les concepts de base utilisés tout au long d'un travail scientifique.
Cette démarche permet de faciliter la compréhension du travail et
d'éviter les ambigüités dans le sens des mots, surtout pour
ceux qui sont polysémiques.
I.1.1. Albédo :
C'est une fraction d'énergie incidente
réfléchie par une surface. Dans cette étude il s'agira de
l'énergie solaire réfléchie à la surface de la
terre. (RUZINDANA, 2013)
I.1.2. Bassin versant
C'est un territoire qui draine l'ensemble de ses eaux vers un
exutoire commun (cours d'eau, lac, mer, océan...). Il est limité
par des frontières naturelles : lignes de crêtes ou lignes de
partage des eaux. (CICOS, 2016)
I.1.3. Biomasse végétale
Désigne la masse de matière vivante
végétale présente à un moment donné dans un
milieu donné. (Dictionnaire numérique de l'Environnement,
2015)
I.1.4. Couverture végétale
C'est l'ensemble de plantes qui couvrent le sol (prairie,
cultures, etc.) et qui peut le protéger des variations brutales de
température et d'humidité, ainsi que de l'érosion par
ruissellement. On parle de couvert végétal lorsqu'il s'agit
d'arbres. (FAO, 2010)
I.1.5. Erodabilité
C'est la vulnérabilité d'un sol à
l'érosion, dans des circonstances précises (état de
surface, humidité, type de précipitation). (HICKEY, R. 2000)
I.1.6. Erodibilité
C'est la capacité d'un sol meuble à être
érodible, c'est-à-dire sa sensibilité face à
l'érosion en fonction de sa composition et de sa structure.(HICKEY, R.
2000)
I.1.7. Erosion
Selon la (FAO, 1994), regroupe l'ensemble des
phénomènes qui contribuent, sous l'action d'un agent
d'érosion (notamment l'eau) à modifier les formes de relief.
L'érosion est aussi définie comme étant un processus
physique, chimique, naturel par lequel le sol et les roches de la croûte
terrestre sont continuellement soumis à une abrasion et à une
corrosion (Georges, 2008).
8
L'érosion hydrique correspond au détachement, au
transport et à la sédimentation des particules du sol, sous
l'action associée de la pluie et du ruissellement. Alors que
l'érosion linéaire, et plus spécifiquement
l'érosion par ravinement, mobilise localement la partie profonde du sol,
l'érosion de surface décape quant à elle la partie
superficielle la plus fertile du sol.
Pouvoir distinguer ces deux processus et quantifier leur
contribution respective représente un enjeu majeur. La
télédétection est une source de données de plus en
plus utilisée pour reconnaître et caractériser les
manifestations de l'érosion (Vrieling, 2006). Si les méthodes
mises en oeuvre sont multiples, la photo-interprétation, souvent
associée à des mesures de terrains, reste la plus
répandue.
Cependant, des techniques de «traçage des
ravins» développées ces dernières années
semblent très prometteuses pour permettre de quantifier l'importance
relative des différents processus érosifs à
l'échelle des bassins versants.
I.1.7.1 Processus de l'érosion hydrique et agents
érosifs
L'érosion des sols est un phénomène
naturel qui désigne le processus de détachement et de transport
de particules solides (Le Bissonnais et al., 2002).
La formation de rigoles ou de ravins est un signe
révélateur de l'érosion hydrique.
Elles sont liées à la concentration du
ruissellement qui permet à l'écoulement d'acquérir une
capacité érosive qui entraîne les fragments de sol. On
parle d'érosion concentrée. Cependant, quand le
ruissellement n'est pas suffisamment concentré pour
générer des rigoles, il se produit quand même un transfert
et une exportation de terre sous l'impact des gouttes de pluie. Comme elle est
répartie sur l'ensemble de la surface, on parle d'érosion
diffuse, ou en nappe ou encore « sheet erosion
». Elle est moins visible et semble générer moins de pertes
en terre mais du fait qu'elle décape la couche superficielle, elle est
susceptible d'exporter de fortes quantités de nutriments et de produits
phytosanitaires présents à la surface du sol et donc de polluer
les ressources en eau (Leguédois, 2003).
I.1.7.2. Processus d'érosion
L'érosion hydrique des sols résultent de la
conjugaison de trois mécanismes : le détachement des particules
de sol, leur transport et leur sédimentation.
I.1.7.2.1. Le détachement
Le détachement des particules de sol se fait sous l'impact
de deux agents érosifs :
? La pluie, qui est reconnue depuis longtemps comme un agent
essentiel de l'érosion des sols (Ellison, 1944 ; Ekern, 1950).
L'impact des gouttes de pluies sur la surface de sol provoque le
détachement des particules de sol.
? La gravité, c'est un agent d'érosion important
qui participe à la mobilisation et au transfert des particules à
la surface du sol. Elle se manifeste continuellement sur toute surface
inclinée la force particulière avec l'humidité lorsque la
couche de surface est
9
saturée en eau, des phénomènes
(Boiffin et Sebillotte, 1976, Boiffin, 1984 in Leguedois, 2003). La
gravité est aussi la force principale qui limite l'érosion
s'opposant à la mise en mouvement des particules et en étant le
moteur de la sédimentation.
Plusieurs mécanismes, qui diffèrent par la
nature des forces qu'ils mettent en jeu, sont à l'origine de la
désagrégation par l'action de l'eau. Quatre principaux
mécanismes ont étés identifiés (Emerson, 1967 ;
Boiffin, 1984 ; Le Bissonnais, 1988 ; Emerson & Greenland, 1990 ; Le
Bissonnais & Le Souder, 1995 ; Le Bissonnais, 1996) :
- L'éclatement, lié à la compression de
l'air piégé lors de l'humectation. Les sols argileux
sont moins affectés par l'éclatement que les
sols limoneux ou sableux, à cause de leur porosité réduite
et de leur importante capacité de rétention de l'eau (Le
Bissonnais, 1990).
- La désagrégation mécanique due à
l'énergie dissipée lors de l'impact des gouttes de pluie. Cette
énergie se transforme en force de cisaillement qui provoque le
détachement des particules de sol et l'effet « splash »
(Fig.1.1).
- La microfissuration produite par le gonflement
différentiel des argiles. Le gonflement et le retrait de ces argiles
provoquent des microfissures des agrégats.
- La dispersion physico-chimique résulte de la
réduction des forces d'attraction entre les particules colloïdales
composant le sol. Elle dépend de la taille et de la valence des cations
présents qui peuvent former des ponts entre les particules
chargées négativement.
Suite à l'impact d'une goutte de pluie, des
gouttelettes d'eau et des fragments de sol sont éjectés de la
surface et transportés radialement autour du point d'impact, avant de se
déposer à la surface.
Le ruissellement, dont l'impact dépend de la force de
cisaillement (vitesse d'écoulement) et de la résistance du sol,
qui peut détacher des particules de sol à son passage.
La stabilité structurale est une
propriété qui rend compte de la sensibilité d'un sol
à la désagrégation par l'eau, estimé par les tests
de stabilité structurale des sols. De très nombreux facteurs
intrinsèques comme la texture, la teneur en matière organique ou
en cations échangeables agissent sur la stabilité structurale
d'un sol (Amézketa, 1999).
La mise en mouvement des fragments de terre par le
ruissellement (parfois désignée par le terme entraînement)
est généralement liée à des conditions de
ruissellement concentré. Tout comme pour l'impact des gouttes de pluie,
la susceptibilité du sol face au détachement par une lame d'eau
ruisselante est dépendante de sa cohésion interne. La
résistance au cisaillement du sol est donc une variable souvent
utilisée pour caractériser le matériau soumis à
l'érosion (Torri & Borselli, 1991 ; Sharma, 1996).
I.1.7.2.2. Le transport
Une fois que les particules de sol sont
détachées, elles sont transportées sur des distances plus
ou moins importantes. En plus de son action sur la désagrégation
et le détachement, l'impact des gouttes de pluie peut être
à l'origine d'un déplacement des particules et fragments issus de
la désagrégation à la surface du sol « le splash
» (Cerdan, 2001a). Ce dernier constitue le
10
principal moteur de l'évolution structurale et du
déplacement latéral des particules de sol avant le
démarrage du ruissellement.
Le ruissellement est l'agent principal du transport des
fragments de sol mis en mouvement sur une surface. Dans la lame d'eau peu
épaisse qui s'écoule à la surface lors d'un
événement érosif, les fragments de sol sont
transportés par suspension, saltation et traction (Moss et al.,
1980).
Deux types de ruissellement existent : le ruissellement de
sub-surface (ou hypodermique) dû à la présence d'un horizon
imperméable sous la surface du sol, et le ruissellement de surface.
Ce dernier résulte soit d'un refus d'infiltration de
surface du sol dû à une pluie dont l'intensité est
supérieure à la capacité d'infiltration de la surface du
sol (mécanisme de Horton) et qui est souvent conséquence de la
formation de la croûte de battance, soit d'un dépassement de
capacité de stockage du sol ( ruissellement par saturation )
(Joannon, 2004).
Quand la charge en sédiments est inférieure
à la capacité de transport de l'écoulement, les particules
de sol peuvent être ainsi transportées. Quand la charge est
supérieure à la capacité de transport, les
sédiments en excès se déposent. L'exportation des
sédiments par le ruissellement est grandement influencée par le
fait que la lame d'eau soit soumise ou non à l'impact des gouttes de
pluie. Pour un écoulement en nappe peu épais (érosion
diffuse), la pluie tend à augmenter la concentration et la
granulométrie de la charge solide exportée (Chaplot & Le
Bissonnais, 2000 ; Beuselinck et al., 2002).
Ce déplacement des particules de sol est
favorisé par plusieurs autres facteurs moins importants, tels que la
gravité, le labour et le vent.
I.1.7.2.3. La sédimentation
La sédimentation est le mécanisme qui
contrôle et peut limiter la quantité de sédiments
exportés. Elle se produit quand la capacité de transport de
l'écoulement est dépassée. Cette troisième phase du
processus d'érosion hydrique apparaît donc par exemple lors du
ralentissement du ruissellement. Les particules les plus grossières sont
les premières à sédimenter, les plus fines étant
transportées plus loin. On parle de tri granulométrique
(Kaurak Leite 1990).
I.1.7.3. Facteurs de l'érosion
Deux principaux types de facteurs de l'érosion sont
évoqués dans la littérature : les facteurs naturels
regroupés sous quatre grandes familles ; à savoir : le climat, la
topographie, la lithologie et le couvert végétal; et les facteurs
anthropiques relatifs aux activités humaines.
L'érosion en milieu subéquatorial est
directement commandée par la vulnérabilité d'une
topographie exposée à un climat très agressif, facteur
accentué par les travaux de l'homme fragilisant le couvert
végétal et déstructurant les sols (Temple-Boyer et
al., 2007).
11
I.1.7.3.1. Le climat
La fréquence et l'intensité des
précipitations sont les deux caractéristiques importantes du
facteur climatique de l'érosion hydrique des sols. Ces
caractéristiques sont à l'origine de la formation du
ruissellement quand la quantité des pluies dépasse la
capacité d'absorption de l'eau par le sol.
Le climat subéquatorial ou tropical humide est
caractérisé par des précipitations abondantes et
irrégulières et de forte intensité.
Le potentiel érosif de la pluie est
désigné par le terme général
d'érosivité (Bergsma et al., 1996).
Ce paramètre est lié à l'intensité des averses
et aux caractéristiques des gouttes de pluie (taille, vitesse, forme,
angle d'impact) qui déterminent leur énergie cinétique
(Riezebos et Epema, 1985).
La violence du vent intervient dans l'augmentation de
l'énergie cinétique des gouttes de pluie. L'efficacité
d'une pluie fine qui tombe pendant trois jours est plus faible qu'une pluie
d'une heure à grosses gouttes affectées par un vent d'une vitesse
de 50 km/heure (Poesen, 1985).
I.1.7.3.2. La topographie
La topographie fait avant tout référence
à la pente des terres: la pente accélère l'érosion
car elle augmente la vitesse d'écoulement de l'eau (CNEA,
2007). La pente intervient dans les phénomènes
d'érosion en fonction de sa forme, de son inclinaison et de sa longueur
(Roose, 1994 ; Fox & Bryan, 1999)).
En effet, plusieurs études ont montrés que
l'énergie cinétique du ruissellement et le pouvoir érosif
croissent avec la longueur de la pente. Par ailleurs, des mesures
réalisées sous pluies naturelles et simulées à
l'échelle du mètre carré montrent que l'érosion
diffuse augmente significativement lorsque la pente passe de 2 à 8 %
(Chaplot & Le Bissonnais, 1999).
I.1.7.3.3. La lithologie
L'érodibilité du sol désigne sa
susceptibilité face aux processus d'érosion. Elle est fonction
des propriétés physico-chimiques du sol (texture, profondeur,
porosité, teneur en matière organique...) et de la
cohésion qui existe entre ces particules. Une faible cohésion va
entraîner une forte érodibilité (Govers, 1987; Poesen
& Govers, 1990).
Il y a moins d'érosion dans les sols sablonneux parce
que l'eau est absorbée facilement en raison de sa
perméabilité élevée, par contre en cas de
ruissellement ils peuvent être très érodibles. Une forte
teneur en matière organique dans le sol améliore la structure
granulaire et la capacité de rétention d'eau. Plus la
matière organique diminue, plus l'érodibilité du sol
augmente.
Les sols dans notre bassin versant sont pauvres en
matière organique à cause de la faible productivité
végétale, des températures élevées et du
manque d'eau. Ces conditions accélèrent la minéralisation
des matières organiques du sol et les rendent fragiles, faiblement
structurés
Les conséquences dans la zone de départ des
sédiments (on-site effects). Elles sont relatives à la perte de
la couche arable ainsi que des semences, ce qui réduit la
fertilité du sol et la
12
et prédisposés au tassement et à la
formation de croûtes de battance. En conséquence ces sols sont en
général très sensibles à l'érosion (Al
Ali, 2007).
I.1.7.3.4. Le couvert végétal
Il s'agit du facteur primordial de protection du sol contre
l'érosion. La présence de la couverture végétale,
sa nature et son étendue, jouent un rôle important dans
l'interception et le retard de la chute des gouttes des pluies sur la surface
du sol permettant ainsi la dissipation de son énergie cinétique,
ce qui diminue dans une large mesure l'effet "splash".
Elle favorise également l'infiltration de l'eau et le
maintien du sol grâce à son système radiculaire, et son
développement en surface freine le ruissellement.
Roose (1994) constate que l'érosion est
fonction non seulement du couvert végétal, mais également
de sa hauteur au-dessus du sol. Plus la hauteur est réduite plus la
protection est importante et donc l'érosion est minimale.
Les forêts et surtout les couvertures herbacées
sont plus efficaces pour fournir une protection du sol qu'une couverture de
plantes cultivées ou une jachère. C'est le manque de
végétation qui crée la condition permettant
l'érosion. L'existence d'une litière protège
également les sols de l'érosion.
La dynamique de la croissance du couvert végétal
est très variable en fonction du type de plante mais aussi des
techniques culturales (densité et date de plantation, fertilisation) et
du climat (précipitations et éclairement). La combinaison entre
cette dynamique de croissance et la dynamique des pluies va donc
déterminer l'importance des risques d'érosion.
I.1.7.3.5. Le facteur anthropique
Certaines activités humaines accélèrent
l'action de l'érosion. Les pratiques qui favorisent l'érosion
sont principalement :
? Le surpâturage qui provoque le tassement des sols,
diminue sa perméabilité et favorise le ruissellement de l'eau.
? L'intensification de l'agriculture.
? La déforestation favorisant l'écoulement
d'eau. Selon la FAO le taux moyen de déforestation des 10
dernières années dans le subéquatorial est de 0,8 % pour
la forêt tropicale mondiale (PNUE- plan bleu, 97).
? La croissance démographique et l'urbanisation.
I.1.7.4. Conséquences de l'érosion et
rôle des ravines
I.1.7.4.1. Conséquences de l'érosion
hydrique
L'érosion des sols est à l'origine de deux familles
de problèmes :
13
productivité des cultures. Sachant que la
régénération d'un centimètre sol à partir
d'un matériau d'origine peut prendre des milliers d'années, le
processus peut être considéré comme quasi
irréversible à l'échelle de générations
humaines.
Les conséquences sur les lieux de dépôt
(off-site effects) sont plus nombreuses.
Les engrais et pesticides épandus dans une parcelle
agricole peuvent être transportés dans les eaux de ruissellement
sous forme dissoute ou par adsorption sur les sédiments. Ce transport
peut avoir des effets toxiques sur la qualité de l'eau (potable et
d'irrigation) et peut provoquer une eutrophisation (prolifération des
plantes aquatiques et perte d'oxygène dissout) des milieux aquatiques.
On peut aussi assister à la destruction des infrastructures et le
recouvrement de fossés et routes.
Une autre conséquence importante est l'ensablement des
rivières et des maisons en aval ce qui affecte leur capacité
à mobiliser les eaux de surface dans un but d'irrigation ou
d'alimentation en eau potable par exemple. Les écosystèmes, les
productions et la sécurité alimentaire sont alors
sévèrement affectés.
I.1.7.4.2. Rôle des ravines
Le ravinement constitue un stade avancé de
l'érosion hydrique des sols. Les ravines peuvent atteindre des
dimensions considérables, avec des profondeurs qui peuvent varier de 0,5
à 2530 mètres (Soil Science Society of America, 2001).
La densité des ravines est fonction essentiellement de la pente et de
l'épaisseur du sol (Slimi, 2008). Le ravinement est le plus
souvent provoqué ou accéléré par la conjonction
d'une utilisation inappropriée des terres et d'épisodes de
précipitations extrêmes (Valentin et al., 2005).
Les informations collectées à travers le monde
montrent que les taux de pertes en sol par érosion ravinaire,
représentent une proportion variant de 10% à 94% de la production
totale des sédiments causée par l'érosion hydrique
(Poesen et al. 2003). Cette forme d'érosion peut charrier de
grandes quantités de terre et être à l'origine de
coulées de boue importantes (Khentouche, 2005), causant ainsi
une perte en sol plus importante que celles dues à l'érosion en
surface (nappe + rigoles) (Poesen et al., 2006).
Une autre étude réalisée par Poesen et
al., en 2002 sur quelques bassins versants, montre que la présence de
ravins actives dans ces sites semble être un bon indicateur de
l'importance de la production de sédiments à travers ces bassins.
En d'autres termes, les ravins constituent des éléments de
connectivité qui facilité le transfert des sédiments dans
le paysage. Les ravins peuvent donc être responsables, du
détachement et du transport d'un volume important de sédiments
des horizons profonds aux réservoirs (Poesen et al., 2003).
Les ravins peuvent avoir aussi un rôle secondaire dans
l'infiltration de l'eau dans le sol. En effet, une fois que les ravins sont
développées, sur des horizons perméables du sol, le taux
d'infiltration d'eau à travers leur lit peut être
significativement plus important que celle au niveau des surfaces
inter-ravinaires (Poesen et al., 2003).
14
Bien que de nombreuses stratégies pour prévenir
et combattre le ravinement se sont révélées être
efficaces, elles sont rarement adoptées par les aménageurs sur le
long terme et à grande échelle (Valentin et al.,
2005).
I.1.8. Géomatique
Selon l'INGEO, 2009, c'est un domaine qui fait appel aux
sciences, aux technologies de mesure de la terre ainsi qu'aux technologies de
l'information pour faciliter l'acquisition, le traitement et la diffusion des
données sur le territoire (aussi appelées "données
spatiales ", "données géo spatiales" ou " données
géographiques").
I.1.9. Modélisation
C'est une procédure de représentation
simplifiée, relativement abstraite, d'un processus, d'un système,
en vue de le décrire, de l'expliquer ou de le prévoir.
(Dictionnaire de l'Environnement, 1976)
I.1.10. Shapefile
Appelé encore « fichier de forme » est un
format ESRI de stockage des données vectorielles permettant d'archiver
l'emplacement, la forme et les attributs des entités
géographiques. (ESRI, 2006)
I.1.11. Télédétection
Ce terme désigne l'ensemble des connaissances et
techniques utilisées pour déterminer des caractéristiques
physiques et biologiques d'objets par des mesures effectuées à
distance, sans contact matériel avec ceux-ci. (Commission
interministérielle de terminologie de la
télédétection aérospatiale, 1988.)
I.1.12. Zones anthropisées ou
l'anthropisation
En géographie et en écologie est la transformation
d'espaces, de paysages, d'écosystèmes ou
de milieux semi-naturels sous l'action de l'homme.
Un
milieu est dit anthropisé quand il s'éloigne de la
naturalité (« Wilderness », c'est-à-dire
littéralement "sauvagitude», pour les anglophones).
(Dictionnaire numérique de l'Environnement, 2015)
I.2. Présentation du bassin versant de la
rivière Lukunga
Un bassin versant est un territoire drainé par un
réseau hydrographique (Maldague et al, 1997 et Maldague, 2001). Selon
son importance, il peut être constitué de plusieurs
écosystèmes différents. Celui d'un grand cours d'eau est
un système emboîté et hiérarchisé des bassins
versants élémentaires correspondant à chacun des affluents
(Lévêque, 1996).
Le bassin versant fonctionne comme un collecteur chargé
de recueillir les pluies et de les transformer en écoulement à
l'exutoire. Cette transformation s'accompagne des pertes en eau qui
dépendent non seulement des conditions climatologiques qui
règnent sur le bassin mais aussi de ses caractéristiques
physiques (topographie, végétation...).
15
On distingue le bassin versant topographique et le bassin
versant réel. Le bassin versant topographique est séparé
de bassins versants voisins par la ligne de partage des eaux ou ligne de
crête. Celle - ci est tracée sur la carte en courbes de niveau en
suivant les lignes de crête bordant le bassin. Il peut être moins
étendu que le bassin versant réel si le cours d'eau est
alimenté par des circulations souterraines en provenance des bassins
voisins (terrains karstiques, régions plates comportant une forte
épaisseur des sédiments perméables reposant sur un bedrock
de topographie différente de celle de la surface...).
Si la ligne de partage des eaux constitue la limite des
bassins versants topographiques, les bancs rocheux, les couches d'argiles
imperméables ou d'autres obstacles au mouvement de l'eau sont des
frontières des bassins versants réels (Gunnar Lindh, 1983).Dans
ce cas, il faut des études géologiques et morphologiques
délicates sur le terrain pour la détermination de leur
superficie. Par contre, le planimétrage sur une carte topographique
d'échelle convenable suffit pour l'évaluation de la superficie
des bassins versants topographiques (Reménieras, 1986). En pratique, on
admet la plupart du temps que le bassin versant coïncide avec le bassin
versant topographique (Roche, 1963). C'est cette conception qui a
prévalu lors de l'étude du bassin versant de la rivière
Lukunga
I.2.1. Situation géographique
Le bassin versant de la rivière Lukunga s'étend
sur une superficie de 5613 Ha et comprend dans ses deux tiers de superficie une
partie de la commune de Ngaliema, un tiers de sa partie dans la commune de
Mont-Ngafula et une mince partie dans la commune de Selembao. Il est compris
entre 15°15'20» et 15°12'20» de longitude Est et
4°27'40» et 4°20'35» de latitude Sud (Carte I.1.).
16
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte I.1. Bassin versant de la Lukunga dans
Kinshasa
17
A cheval entre trois communes, le bassin versant de la Lukunga
comprend intégralement ou partiellement les quartiers : Anciens
combattants, Bangu, Basoko, Binza pigeon, Bumba, Cité verte, Congo, CPA
Mushie, Djelo-Binza, Kimbwala, Kimpe, Kinsuka Pêcheur, Lukunga,
Lutendele, Matadi Mayo, Mama Mobutu, Mama Yemo, M'finda, Manenga, Masengu,
Munganga, Musey, Ngomba Kikusa ; appartenant aux communes de Ngaliema,
Mont-Ngafula et Selembao comme le montre la carte I.2.
Carte I.2. Distribution des quartiers dans le bassin
versant
18
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
1 Annexe 1
19
I.2.2. Données climatologiques
Le climat de Kinshasa est de type AW4 selon le système
de classification de Köppen. C'est un climat tropical chaud et humide.
Dans ce système, la classe A comprend les climats tropicaux humides,
où la température moyenne diurne du mois le plus froid est
supérieure à 18° C et où la hauteur annuelle des
pluies, exprimée en cm, est supérieure à deux fois cette
température moyenne augmentée de 14. A partir de l'analyse des
observations faites de 1931 à 1970, Crabbe (1980) a estimé au 22
septembre et 27 mai les dates de la première et de la dernière
pluie circonscrivant la saison de pluies qui est entrecoupée d'une
petite saison sèche au mois de février. La saison sèche
s'étend donc du 28 mai au 21 septembre inclus soit au total 117 jours ou
près de 4 mois. Les données climatologiques1
proviennent des observations réalisées sur 30 ans de 1987
à 2017 à la station météorologique de Binza
à Kinshasa.
T°C Pmm T °C
150
125
100
75
50
25
0
Pmm
300
50
0
250
200
150
100
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure I.1 : Diagramme ombro-thermique de la Ville
Province de Kinshasa
I.2.3. Topographie
Le bassin versant de la Lukunga peut-être
subdivisé en deux unités géomorphologiques (carte I.3): la
zone de plaine et la zone de collines.
? Zone de plaine : à proximité
du fleuve Congo, cette plaine est qualifiée de littorale, elle se
situé tout au Nord du bassin.
? Zone de collines : cette zone regroupe
différents types formes, il y a : des vallées à faible et
forte pente et collines à faible et forte pente. Cette classification a
tenu compte de l'équidistance entre les courbes de niveau.
20
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte I.3. Topographie du bassin de la
Lukunga
En outre, certains niveaux du Secondaire sont
entièrement transformés en un sable sans cohérence qui
peut être surmonté d'horizons moins altérés.
21
I.2.4. Géologie
Le soubassement Précambrien affleure en aval de
Kinshasa à la hauteur des rapides situés au pied du Mont Ngaliema
ainsi qu'en amont de la N'Djili au Sud de Kinshasa. Ce substrat est
essentiellement composé de roches gréseuses rouges finement
stratifiées appartenant à la série de l'Inkisi, partie
supérieure du Système Schisto-gréseux. Ces couches
montrent par endroit un léger pendage, signe d'ondulations dans le
socle. Des inclinaisons de l'ordre de 5 à 10 degrés y ont
été mesurées. On reconnaît en outre à
l'échelle régionale, un ennoyage général de ce
système vers le Nord-Est avec une pente estimée à 3,7
%.
Non altéré dans sa masse, le Précambrien
se présente comme une roche résistante à l'érosion
mais striée de diaclases dont a profité le réseau
hydrographique pour s'implanter.
Le Précambrien est recouvert en discordance par un
ensemble Mésozoïque formé de grès tendres divers,
généralement roses ou mauves à la base, blancs dans la
partie supérieure. Des sondages au Nord de la ville ont atteint des
couches de Jurassique supérieur. Le Pool est lui-même bordé
d'affleurements de grès tendres blancs, d'âge
Crétacé, dénommés «falaises» (Gombe,
Brazzaville, falaises de Douvres). On retrouve des affleurements de ces
grès dans la vallée de la N'djili.
Dans les collines les plus élevées du site et
sous le plateau des Batéké, le Secondaire est recouvert de
Tertiaire. Au Quaternaire l'érosion a dégagé des niveaux
intermédiaires et créé d'anciens pools au fur et à
mesure de l'encaissement du réseau hydrographique. Ces surfaces sont
recouvertes de dépôts alluviaux et colluviaux. De ces niveaux
subsistent surtout la terrasse de 325 m, la plaine de Kinshasa et celle
«d'entre N'Djili et N'Sele». Sur la carte on a distingué les
zones en fonction de l'importance du recouvrement superficiel. On observe
également que la ville basse se trouve au niveau de la discordance entre
le Secondaire et le Précambrien. Il est impossible de cartographier
cette discordance avec précision par manque d'information.
On peut juste avancer que le Précambrien et le
Secondaire montrent des ondulations de surface, le contact entre ces
systèmes se fait selon une surface irrégulière et les
roches situées à son niveau ont subi une altération
intense.
La base du secondaire, constituée d'un grès
tendre mauve à rose, contient des grès à ciment silicieux.
Les grès blancs qui les surmontent peuvent être finement
stratifiés, sont souvent kaolineux et contiennent également des
zones silicifiées. Les silicifications observées ont le plus
souvent un caractère local qui en font de mauvais repères
géologiques. Leur résistance à l'altération en fait
cependant des roches résiduaires par excellence. On les rencontre sur
les bancs, en place dans les bancs ou encore épars et en débris
éclatés, voire en esquilles dans les alluvions. Il est souvent
difficile de leur attribuer un âge précis, ils rentrent dans
l'appellation globale, mais peu satisfaisante, de «grès polymorphes
».
A cet espace s'opposent les zones qui ont une pente
générale plus faible, où les effets du ruissellement sont
moins sensibles, pentes témoins de niveaux d'érosion anciens. La
carte «les
22
Le Cénozoïque couvre le Secondaire en
légère discordance. Sa base ou «Série des grès
polymorphes» est formée de grès tendres ou de sables
contenant d'importantes quantités de grès silicieux, très
résistants, d'âge paléogénique. La partie
supérieure appelée «Série des sables ocres»,
appartenant au Néogène, est essentiellement formée de
sables fins peu argileux, sans stratification apparente,
généralement ocres ou bruns foncés,
décolorés en surface et qui seraient d'origine fluviatile (De
Ploey J. Lepersonne J et Stoops G. 1968).
La présence des zones silicifiées rend la
série inférieure très résistante à
l'érosion ; un ressaut marqué apparaît dans les versants
sous la série des sables ocre. De tels versants ne se rencontrent pas
dans les limites de la carte vraisemblablement par absence de zones
silicifiées dans la série sur le site de l'agglomération
de Kinshasa.
A partir du Quaternaire les processus d'érosion sont
plus dynamiques que la sédimentation. Le climat joue un rôle
prépondérant. Cependant, le matériel relativement
homogène, sableux et gréseux, limite le nombre de formes
possibles. Deux variables doivent être prises en considération
dans l'étude du Quaternaire : le climat et le niveau de base.
Les séries climatiques envisagées fluctuent dans
le domaine tropical. C'est surtout l'intensité des précipitations
qui a réglé celle de l'érosion verticale. En outre le
régime du fleuve à Kinshasa est lié aux variations
climatiques continentales. La vigueur de l'érosion et son corollaire,
l'abaissement et le recul des rapides, dépendent donc des variations
climatiques d'ensemble au Quaternaire. Les dépôts superficiels,
alluvions et colluvions varient en fonction de la nature du couvert
végétal et des éléments climatiques, donc sont
également liés aux variations climatiques
générales.
La nature et la disposition des couches doivent être
aussi prises en compte, la résistance à l'érosion leur est
soumise. La rencontre de niveaux résistants lors du creusement
hydrographique a favorisé la formation de surface d'érosion et
des anciens pools qui auraient ainsi une origine structurale.
Après avoir retracé dans l'analyse du site les
principaux traits de la morphologie, on a reconstitué les surfaces
anciennes à différents niveaux (planche 7), tant dans la plaine
que dans la zone des collines. C'est ainsi que l'on constate que les
réseaux hydrographiques anciens sont, pour la plupart, orientés
conformément à l'actuel. C'est donc l'encaissement,
généralisé et par étapes, des cours d'eau qui a
façonné le paysage de Kinshasa.
On a en outre reporté l'ensemble des surfaces qui sont
soumises à l'érosion actuelle et considéré que
cette partie du relief de Kinshasa forme l'espace mobile du site.
L'érosion des versants raides apporte aux zones alluvionnaires des
matériaux qui remodèlent continuellement les fonds de
vallées. Cet espace mobile du site est dépendant du niveau de
base actuel du pool et de certains seuils, il est le plus difficile à
aménager. Ainsi, toute route qui l'utilise doit être
implantée avec prudence pour éviter qu'elle ne soit
mobilisée en même temps que son support lors d'une saison des
pluies particulièrement abondante par exemple.
23
éléments du site» est un assemblage de ces
deux types de surface. Elle permet de voir le découpage du site par
l'érosion et le partage en zones caractéristiques. Un tel
document doit être pris en sérieuse considération par les
aménageurs urbains pour établir les types d'affectation et les
aménagements qui conviennent le mieux aux espaces ainsi
délimités.
24
Source : CRGM, 2018
Carte I.4. Géologie de Kinshasa
25
I.2.5. Pédologie
Le sol est le produit de l'altération des roches sous
l'action du climat et des conditions biologiques du milieu. De ce fait, sa
nature et ses propriétés dépendent en grande partie de
celles des roches-mères.
Les caractéristiques des sols du bassin versant de la
Lukunga sont celles de la Ville-Province de Kinshasa et elles sont fonction de
la structure géomorphologique de l'endroit où l'on se trouve.
Ainsi, elles sont différentes sur le massif du Plateau des
Batéké, sur les collines, dans les plaines ou dans les
marécages.
La stratigraphie des couches pédologiques
décrites ci-dessus indique la nature des matériaux superficiels
qui ont servi de roches-mères à la formation des sols ou
pédogenèse de la région de Kinshasa. Or,
l'altération des grès aboutit principalement à la
formation des sables. Les sols de Kinshasa et donc du bassin versant de la
rivière Lukunga sont essentiellement constitués des sables fins
plus ou moins argileux, des sables moyens et des sables grossiers. Dans les
vallées et les dépressions marécageuses, ces sols sont
plus riches en argiles provenant de l'altération des grès
feldspathiques en milieu hydromorphe, de l'alluvionnement par les cours d'eau
et du colluvionnement par le ruissellement diffus. Les sols de ces sites sont
plutôt sablo-argileux. Les formations superficielles de la plaine sont
généralement sableuses, constituées de sables fins
très mal classés avec de gros grains et des débris du
« grès polymorphe ». De manière presque discontinue, on
trouve successivement dans le bassin versant de la rivière Lukunga :
1. Dans la zone de la plaine, on observe la
prédominance des formations à flots colluvio-alluviales. Il
s'agit des sols jeunes peu évolués ou regosols :
· Sols hydromorphes sur alluvions dans les bas-fonds ;
· Sols sur alluvions colluvions dans les vallées de
culture maraîchères ;
· Sols typiques remaniés caractéristiques des
espaces bâtis et lotis ;
2. Dans la zone collinaire, on trouve par endroit et de
manière discontinue, les formations suivantes :
· Des sols typiques remaniés dans les espaces
bâtis ;
· Des sols pénévolués modaux dans les
sommets des collines du Sud ;
· Des sols typiques indurés dans les lignes des
crêtes et les pentes des versants au Sud.
26
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte I.5. Pédologie du bassin versant de la
Lukunga
27
I.2.6. Végétation
Les types des sols de la Ville-Province de Kinshasa
conditionnent les types de végétation qui y poussent et qui sont
constitués en règle générale de savanes
parsemées d'arbustes et entrecoupées de steppes et de galeries
forestières de faibles densité et dimensions (A. MUKENDI,
2009).
La Strate arbustive dont l'importance décroit avec
l'altitude est une forêt claire sèche en cours de
dégradation vers la savane aux côtés élevées.
Les essences constitutives sont des genres Syziquim macrocarpus,
Hymenocardia acida, Anona carysophyllas et Strickons
pungens (LELO NZ.F., 2008).
La Strate herbacée est subdivisée d'une part en
Strate herbacée supérieure représentée par les
genres Hyparenia, Sporobolus, Rynchelytrum et
Digitaria et de l'autre en Strate herbacée inférieure,
la plus dense (LELO NZ.F., 2008).
La végétation du bassin versant de la Lukunga a
évolué avec le temps. L'occupation anarchique du bassin s'est
caractérisée par la disparation de certaines espèces
végétales.
I.2.7. Hydrographie
Ce bassin est drainé par la rivière Lukunga qui
prend sa source dans la ligne de démarcation entre le quartier Ngomba
Kikusa dans la commune de Ngaliema et Mama Mobutu dans la commune de Mont
Ngafula et se jette sur le fleuve Congo aux environs du quartier CPA Mushie,
elle estlongue 13 Km. Ses affluents2 principaux sont les
rivières Mangungu, Binza, Kikusa.
2 Annexe 2
28
Carte I.6. Réseau hydrographique du bassin versant
de la Lukunga Source : Réalisée par l'auteur,
2018
29
I.2.8. Détermination des paramètres
caractéristiques du bassin versant I.2.8.1. Paramètres physiques
du Bassin versant
Les paramètres physiques du bassin versant
désignent un ensemble de caractéristiques physiographiques,
obtenues à partir de données cartographiques ou de mesures de
terrain et ils donnent un certain nombre d'information sur ce dernier.
1. La superficie du bassin versant (S)
Après délimitation de notre bassin versant
à partir du SRTM de 30m de résolution, en utilisant l'extension
Arc Hydro la surface du bassin versant a été
déterminée à partir de la table d'attribut du bassin
délimité sous Arc Gis exprimée en Ha. Cette superficie est
de 53 Km2.
2. Le Périmètre du bassin versant
(P)
La valeur du périmètre est
générée à partir du shapefile du bassin obtenu et
il s'exprime en Km. Cette valeur est de 53 Km.
3. Indice de compacité (KG)
Il est également appelé coefficient de forme. Il
est défini par le rapport du périmètre du bassin à
celui d'un cercle de même surface.
KG = 0,282 x P x S-1/2 = 1.997
4. Rectangle équivalent
C'est un rectangle qui a la même superficie, le même
indice de compacité, le même périmètre et la
même distribution hypsométrique que le Bassin Versant.
Il est composé des éléments suivants :
a. Longueur du bassin versant :"LBV".
??
L= v?? × ( ????
??,??????) × [?? + v?? - (??,??????
???? ) ]
=20.732 Km
b. Largeur du bassin versant (l)
??
l= v?? × ( ????
??,??????) × [?? - v?? - (??,??????
???? ) ]
=7.48 Km
30
5. Longueur du talweg principal du bassin versant
C'est la longueur de la rivière Lukunga. Elle mesure 12,30
Kim.
6. Coefficient d'allongement Ca : Il est obtenu
à partir de la relation :
??2
Ca =
??
= 2.8545
Avec L : longueur du Talwegs principal en Km.
S : surface du bassin versant en Km2
Ca : coefficient d'allongement
I.2.8.2. Paramètres morphologiques du bassin
versant
Le relief est un facteur essentiel, il détermine en grande
partie l'aptitude au ruissellement des eaux de surface. (Les
caractéristiques du relief sont représentées par le
tracé de la courbe hypsométrique et la courbe
altimétrique). (Figure I.2)
I.2.8.2.1. Etude des surfaces du bassin
versant.
1. Répartition des surfaces en fonction de
l'altitude3 :
Nous obtenons la répartition altimétrique des
surfaces du bassin, par planimètre de la surface comprise entre deux
courbes de niveau successives. La répartition des surfaces en fonction
de l'altitude nous permet de représenter les courbes suivantes :
? La courbe hypsométrique : Cette
courbe est représentée graphiquement sur la figure (I.2).
L'exploration de cette dernière montre une convexité vers le bas,
cela témoigne d'un pourcentage d'érosion faible dans le bassin
versant.
? La courbe de fréquence altimétrique :
La courbe de fréquence altimétrique est tracée
à partir du pourcentage des surfaces partielles cumulées
3 Annexe 3
31
575
550
525
500
475
450
425
400
375
350
325
300
275
250
0
5
25
15
20
20
35
75
65
55
45
60
80
40
30
50
70
85
95
90
100
600
Légende
Diagramme de fréquences Courbe hypsométrique
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure I.2. La courbe hypsométrique et le
diagramme de fréquences altimétrique
2. Détermination des altitudes
A partir des courbes précédentes, nous
déterminons les altitudes correspondantes :
? L'altitude maximale (Hmax)
Elle correspond au point le plus élevé du bassin
versant.
Hmax = 600 m
? L'altitude minimale (Hmin)
Elle correspond au point le plus bas du bassin versant.
Hmin = 275 m
? L'altitude la plus
fréquente(Hfréq)
Elle correspond au maximum du diagramme des fréquences
altimétriques.
Hfréq = 525m
32
? L'altitude médiane (Hmed)
Elle correspond à l'ordonnée moyenne de la courbe
hypsométrique.
Hmed = 460m
? L'altitude moyenne
C'est le rapport de la somme des volumes partiels sur la surface
totale.
Hi*Si
Hmoy=ST
? Hi: altitude moyenne entre deux courbes de niveau en m
? Si: surface partielle comprise entre deux courbes de niveau en
Km2. ? ST: surface totale du bassin versant en Km2.
Tableau I.1. Calcul de la hauteur moyenne
|
Tranche d'altitude
|
Hi en m
|
Si en Km2
|
Hi*Si
|
|
400-350
|
375
|
6,101
|
2287,875
|
|
450-400
|
425
|
6,486
|
2756,55
|
|
500-450
|
475
|
2,64
|
1254
|
|
550-500
|
525
|
1,965
|
1031,625
|
|
600-550
|
575
|
3,606
|
2073,45
|
|
20,798
|
9403,5
|
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
9403.5
Hmoy=
20.798
= 452.13m
3. Les indices de pente :
La détermination des indices de pente, nous permettre
de caractériser les pentes du bassin versant, et de faire une
éventuelle comparaison, et classification à savoir indice de
pente globale et, indice de pente de roche
a. L'indice global de pente (Ig) : c'est
l'indice caractérisant le relief d'un bassin. Ig est
défini par la formule suivante :
33
=0.02766
=2.766% =27.66m/Km
Ig : exprimé en m/km
D : représente la
dénivelée, exprimée en m, séparant les altitudes
ayant approximativement 5% et 95% de la surface du bassin au-dessus d'elles ;
ces altitudes sont déterminées sur la courbe
hypsométrique.
L : longueur du rectangle équivalent,
exprimée en km. b. La dénivelée spécifique
(Ds) :
C'est le produit de l'indice global de pente par la racine
carrée de la superficie du By. Elle s'exprime en mètre et est
indépendante en théorie de l'aire du bassin. On peut distinguer
différentes classes de relief en fonction de Ds.
=126.14m
Tableau I.2. Deuxième classification de
l'O.R.S.T.O.M.
|
Relief très faible
|
DS<10m
|
|
Relief faible
|
10m<Ds<25m
|
|
Relief assez faible
|
25m<Ds<50m
|
|
Relief modéré
|
50m<Ds<100m
|
|
Relief assez fort
|
100m<Ds<250m
|
|
Relief fort
|
250m<Ds<500m
|
|
Relief très fort
|
Ds>500m
|
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
I.2.9.Problèmes environnementaux
caractéristiques du bassin de la Lukunga
Le bassin versant de la Lukunga est confronté à
des problèmes environnementaux de divers ordres. Dans les lignes qui
suivent nous évoquons trois problèmes environnementaux majeurs
auxquels il est soumis :
? La pollution (des terres et des eaux) ; ? Les inondations &
ensablement
34
? Les érosions (des berges et des versants)
I.2.9.1. Pollution
Selon la Directive Européenne 2000/60/CE du 23 octobre
2000, la pollution est une introduction directe ou indirecte, par suite de
l'activité humaine, de substances ou de chaleur dans l'air, l'eau ou le
sol, susceptibles de porter atteinte à la santé humaine ou
à la qualité des écosystèmes aquatiques ou des
écosystèmes terrestres, qui entraînent des
détériorations aux biens matériels, une
détérioration ou une entrave à l'agrément de
l'environnement ou à d'autres utilisations légitimes de ce
dernier :
A Kinshasa, les problèmes relatifs à la
pollution des eaux et des sols présentent des fortes similitudes d'un
bassin versant à un autre, avec quelques différences dues aux
activités exercées dans les communes et quartiers qui constituent
ces bassins (A. MUKENDI, 2009).
Ainsi l'approche adoptée dans ce volet relatif à
la pollution sur le bassin versant de la Lukunga consiste à regrouper
les différents problèmes rencontrés par types de
polluants.
I.2.9.1.1. Pollution fécale
Le problème majeur de pollution des eaux pour le bassin
de la rivière Lukunga, demeure celui relatif à la pollution
fécale qui résulte de l'élimination des excrétas
par des dispositifs individuels non appropriés, de la dégradation
des réseaux collectifs et du délabrement des infrastructures
d'assainissement ainsi que des porcheries environnantes.
I.2.9.1.2. Pollution des eaux et des sols par des
déchets
Les déchets en plastic posent à ce jour un
véritable problème environnemental de pollution des eaux et des
sols dans le bassin versant de la Lukunga (Photo I.1.). En effet, la
prolifération du commerce de vente des eaux en sachets sur toute la
ville et le manque d'une politique de gestion de ce type de déchets
constituent des causes de pollution de premier ordre. Les rivières
servent désormais de dépotoirs. Leur courant s'en trouve ainsi
obstrué et les rivières se forgent naturellement de nouveaux
chemins au détriment des riverains et de leurs infrastructures.
35
Source : Photo prise par l'auteur, 2018
Photo I.1. Accumulation des déchets plastiques au
niveau du Pont Kinsuka I.2.9.2. Les inondations et ensablements
Les inondations sont fréquentes dans les quartiers
situés dans la partie non collinaire du bassin versant de la Lukunga. En
effet les phénomènes érosifs se déroulant en amont
et le défrichement de la végétation, ont un impact direct
sur les cours d'eau. Le sol arraché sur les versants en amont et
transportés par ruissellement, causent l'ensablement de lits des
rivières et entrainent les inondations en aval au niveau de bas-fond
(Photo I.2.).
Source : Photo prise par l'auteur, 2018
Photo I.2. Carrière des sables le long de la
rivière Lukunga
36
I.2.9.3. Les érosions
L'environnement sur le bassin versant de la Lukunga est
profondément perturbé, et plus particulièrement on assiste
à une perturbation de son fonctionnement hydrologique et de la
stabilité structurale des sols qui se traduisent par des
phénomènes érosifs. Ces phénomènes ont lieu
à la fois sur les versants et sur les berges.
I.2.10. Population
En 2007, la population du bassin versant était de
369088,69 habitants, la commune de Ngaliema présentait 88,1 % suivie de
la commune de Mont-Ngafula avec 11,5 % et la commune de Selembao avec 0,5 %.
Cinq ans après soit en 2012, la population du bassin
versant est passée à 406637,43 habitants, repartie de la
manière suivante : la commune de Ngaliema avec 87,7 % suivie de la
commune de Mont-Ngafula avec 11,4 % enfin la commune de Selembao avec 0,9 %.
Enfin en 2017, la population était de 526813,03 dont la
commune de Ngaliema représentait 74,9 % suivie de la commune de
Mont-Ngafula avec 24,2 % et Selembao conclut avec 0,9 %. En cette année,
la densité de la population était de 93,85 hab. /Ha.
600000
200000
100000
2024,6 2970,2 4220,6
A2007 A2012 A2017
0
300000
46749,88
41608,54
356917,35
325455,55
127759,83
394832,6
500000
400000
Selembao Ngaliema Mont-Ngafula
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure .I.3. Croissance de la population du bassin en dix
ans I.3. Intérêt de la géomatique dans l'étude des
processus érosif
À partir de diverses sources, les outils de la
géomatique, SIG et informatique, peuvent être appliquées
à plusieurs domaines notamment à la gestion de l'espace, à
l'aménagement des territoires et au contrôle des
phénomènes menaçant l'environnement comme
l'érosion. La caractérisation et le suivi de cette
dernière imposent en principe de déterminer avec suffisamment de
certitude quel sera le futur de la surface et de détecter les
différents
37
changements observés dans la dynamique de l'occupation
du sol à plus ou moins long terme. Il faut aussi identifier les facteurs
déclenchant l'érosion. Pour ce faire, il est nécessaire
d'appliquer des traitements aux images satellitaires issues de la
télédétection et les intégrer au travers des
différentes couches d'information afin de produire des informations
aidant à la décision et la lutte contre l'érosion des
sols. Dans ce chapitre, nous proposerons un état de l'art des
études et techniques utilisées dans l'étude de
l'évolution de l'occupation du sol et dans la modélisation des
processus érosifs tout en soulignant la grande contribution des
technologies de la géomatique.
I.3.1. Apport de la géomatique aux études
spatiotemporelles de l'occupation du sol
Selon la FAO (1998), la carte d'occupation peut être
succinctement définie comme "la couverture (bio-) physique de la surface
des terres émergées". Cette carte comprend la
végétation (naturelle ou cultivée) et l'aménagement
du territoire (habitat, bâtiment, routes) qui occupent la surface de la
terre ainsi que l'hydrographie. Elle s'élabore essentiellement à
partir des données de la télédétection,
aérienne ou spatiale.
La télédétection est ainsi
considérée comme la source principale pour la réalisation
des cartes d'occupation du sol. Les images satellitaires à haute
résolution offrent une vision particulière de la surface
terrestre ce qui permet d'obtenir un état des lieux d'une zone
donnée, et donc de présenter simultanément de grandes
superficies en détail. De plus, les images satellitaires peuvent
être acquises pour la même zone à une fréquence
élevée, cette répétitivité permet de
comparer la couverture d'une région à des données
équivalentes antérieures, ainsi que d'élaborer des
analyses diachroniques des changements de couvertures du sol en utilisant des
traitements d'images numériques.
La production de cartes d'occupation du sol constitue un enjeu
très important pour beaucoup de travaux de recherche et pour de nombreux
projets et applications opérationnelles au niveau mondial. Dans la
littérature, les cartes d'occupation du sol sont largement
utilisées dans l'étude de l'évolution de couverture du
sol.
I.3.2. Apport de la géomatique à la
modélisation des processus érosifs
Les données spatiales générées
à partir des images satellites ou d'autres sources constituent des
volumes d'information très importants. Pour les exploiter efficacement,
il faut recourir aux méthodes et outils informatiques performants. La
technologie SIG permet d'intégrer plusieurs paramètres et couches
de données en utilisant des modèles bien définis ce qui
permet de simuler la réalité et d'optimiser la gestion et le
suivi des phénomènes naturels tels que l'érosion et la
dégradation des sols.
De nombreuses recherches et articles ont été
réalisés sur les risques de dégradations des terres. Nous
tentons de présenter les principaux modèles d'érosion pour
lesquels les données de l'observation de terre peuvent apporter les
paramètres d'entrée nécessaire dans l'application de ces
modèles.
38
L'un des modèles les plus utilisés dans
l'évaluation et la cartographie de l'érosion est le modèle
empirique de perte en terre (Wischmeier et Smith, 1965).
Selon ce modèle (Roose et Georges, 2004),
l'érosion est une fonction multiplicative dont la forme est : A=R .K .L
.S .C .P où :
> A = Taux de pertes en terres en tonnes par hectare par
année (t/ha/an);
> R = Érosivité des pluies en Mégajoule
millimètre par hectare heure (MJ mm /ha h);
> K = Erodibilité des sols en tonne heure par
Mégajoule millimètre (t h/ MJ mm) ;
> Ls= Longueur de pente et d'inclinaison (sans unité)
;
> C = Facteur du couvert végétal (sans
unité) ;
> P = Facteur tenant compte des pratiques antiérosives
(sans unité).
L'équation universelle des pertes du sol est un
modèle simple et pratique. Ainsi, elle a été mise en
pratique dans de nombreux pays du Nord et adaptée à
différents pays du Sud et en milieu tropical (Renard et Freimund, 1994 ;
Mati et al. 2000 ; Boggs et al. 2001 ; Dumas et Printemps, 2010 ; Fengyin et
al. 2010). Ce modèle a été appliqué au Maroc en
2004 sur le bassin versant de l'oued Boussouab (Rif oriental) dans le cadre de
l'action intégrée entre le laboratoire GéEAC de la
Faculté des Sciences et Techniques de Tours (France) et la
Faculté des Sciences Dhar El Mahraz de Fès. Ce travail a
utilisé des cartes thématiques des différents facteurs de
l'équation universelle de pertes en sol dans un système
d'information géographique ce qui a permis d'une manière efficace
d'analyser les risques d'érosion et de mieux déterminer le taux
d'érosion par le ruissellement en nappe (Asadiki ; Bouhlassa ;Auajjar,
Feleh ; Macaire, 2004).
Cependant, la principale critique à faire à ce
modèle c'est qu'il néglige les interactions entre les
paramètres. L'équation d'USLE est présentée
effectivement sous la forme d'un produit sans tenir compte de leur liaison
causale et les relations complexes existantes (Auzet, 1987). Selon (Asadiki,
2004), le modèle présente aussi des limites à son
applicabilité dans des zones différentes de celles où il a
été établi.
Un modèle de type système expert a
été élaboré en 1998 par l'Institut National de la
Recherche Agronomique (INRA) (Le Bissonnais et al. ,1998). La méthode
adoptée par l'INRA prend la forme d'un arbre de décision afin de
définir des classes qualitatives d'aléa érosif.
Cette approche méthodologique est basée sur la
combinaison de cinq facteurs jugés importants et ont été
intégrés à l'arbre de décision : L'occupation du
sol, la battance des sols, l'intensité de la pente,
l'érodabilité des sols, l'érosivité des pluies
(intensités et hauteurs des précipitations). En utilisant ce
modèle expert, l'institut national des sols, de l'irrigation et du
drainage en Algérie a commencé en 2006 une étude pour
établir une carte de sensibilité à l'érosion du
nord du pays. L'étude a permis de délimiter des classes de
sensibilité à l'érosion pour faciliter ensuite la prise
des décisions et pour l'élaboration des plans
d'aménagement et de mise en valeur.
39
Le modèle SWAT (Soil and Water Management Tool) est un
modèle conceptuel, déterministe et semi-spatialisé
développé par le Département d'Agriculture des Etats-Unis
(USDA). Ce modèle est appliqué pour modéliser des bassins
versants de quelques centaines à plusieurs milliers de km2.
Le modèle considère que le faciès de la surface du sol, la
rugosité, la couverture du sol (cultures et résidus) et
l'humidité du sol (Cerdan et al. 2002) sont les principaux facteurs
déterminants du ruissellement et de l'infiltration à
l'échelle de la parcelle. Il permet aussi de modéliser d'autres
paramètres comme la qualité de l'eau et le transfert de
nutriments (Laurent et al. 2007).
40
Conclusion partielle
Ainsi, dans ce premier chapitre, nous avons défini les
différents concepts utilisés dans ce travail pour en comprendre
le sens puis nous avons présenté le milieu de notre étude
sous diverses caractéristiques enfin nous avons parlé de
l'intérêt porté par la géomatique dans
l'étude des phénomènes érosifs.
Nous essayerons dans le prochain chapitre de présenter
les données, matériels et procédures utilisées pour
atteindre nos objectifs.
41
CHAPITRE II. METHODOLOGIE
Ce chapitre présentera dans un premier temps les
données et les matériels utilisés dans ce travail,
ensuite, il décrira la procédure utilisée dans
l'étude diachronique de l'occupation du sol et dans la
modélisation des processus érosifs dans le bassin versant de la
Lukunga.
La modélisation des processus érosifs
nécessite un ensemble de données qui sont malheureusement
indisponibles, nous nous sommes contentés alors des données
existantes, et nous nous sommes inspirés de plusieurs études pour
réaliser notre modèle.
II.1. Données utilisées
Les images satellitaires constituent un outil important dans
la cartographie de l'occupation du sol ainsi que dans la planification et la
gestion des ressources naturelles. Elles sont descriptives et apportent une
information spatiale et spectrale, beaucoup plus importante par rapport aux
autres sources d'information (Pouchain, 2001) permettant la
caractérisation des objets dans une large bande spectrale.
L'interprétation visuelle ou automatique permet d'identifier des objets
et d'extraire de l'information.
a. Le SRTM
Le Shutle Radar Topography Mission un projet de la NASA et de
la National Geospatial-Intelligence Agency NGA pour la collecte de
données à 80 pourcent de l'échelle globale
générant un Modèle Numérique de Terrain. Le SRTM
utilisé ici est de 30 mètres de résolution pixel et est
téléchargeable sur le site
http://earthexplorer.usgs.gov
b. Les images Satellitaires Landsat
Le satellite Landsat de l'agence spatiale américaine
(NASA) évolue à une altitude moyenne de 705 Km sur des orbites
circulaires quasi polaires caractérisées par une inclinaison de
98,2°.
Dans cette étude nous avons travaillé avec
quatre images satellitaires multi spectrales Landsat
géoréférencées dont une sans couverture nuageuse et
l'autre avec peu de couvertures nuageuses.
Ces images sont téléchargeables gratuitement
à partir du site
http://earthexplorer.usgs.gov
soit disponibles chez OSFAC.
Le tableau ci-dessous montre les caractéristiques des
images Landsat utilisées dans cette étude diachronique.
42
Tableau II.1 : Caractéristiques des images
satellitaires analysées
|
Path
|
Row
|
Date
d'acquisition
|
Capteur
|
Mode
|
Bandes Spectrales
|
|
Bandes
|
Bande
spectrale/um
|
Résolution spatiale/m
|
|
182
|
063
|
13/08/2013
|
OLI (Lansat8)
|
Multi Spectrale
|
1 (Coastal / aérosol)
|
0,435 - 0,451
|
30
|
|
2 (Bleu)
|
0,452 - 0,512
|
30
|
|
3 (vert)
|
0,533 - 0,590
|
30
|
|
4 (rouge)
|
0,636 - 0,673
|
30
|
|
5 (Proche infrarouge)
|
0,851 - 0,879
|
30
|
|
182
|
063
|
08/06/2018
|
6 (SWIR-1)
|
1,566 - 1,651
|
30
|
|
7 (SWIR-2)
|
2,107 - 2,294
|
30
|
|
8
(Panchrom atic)
|
0,503 - 0,676
|
15
|
|
9 (Cirrus)
|
1,363 - 1,384
|
30
|
|
10 (TIRS-1)
|
10,60 -11,19
|
100
|
|
11 (TIRS-2)
|
11,50 -12,51
|
100
|
|
|
182
|
063
|
02/02/2001
|
ETM+
|
Multi Spectrale
|
1 (Bleu)
|
0,45 - 0,52
|
30
|
|
2 (Vert)
|
0,52 - 0,60
|
30
|
|
3 (Rouge)
|
0,63 - 0,69
|
30
|
|
4
(Infrarouge)
|
0,76 - 0,90
|
30
|
|
5 (Courte Infrarouge1 )
|
1,55 - 1,75
|
30
|
|
182
|
063
|
16/07/2006
|
6
(Infrarouge thermique)
|
10,41 - 12,5
|
60
|
|
7 (Courte Infrrouge2)
|
2,08 - 2,35
|
30
|
|
|
182
|
063
|
09/06/1987
|
TM5
|
Multi Spectrale
|
1 (Bleu)
|
0,45 - 0.52
|
30
|
|
2 (Vert)
|
0,52 - 0,60
|
30
|
|
3 (Rouge)
|
0,63 - 0,69
|
30
|
|
4
(Infrarouge)
|
0,76 - 0,90
|
30
|
|
5
(Infrarouge)
|
1.55-1.75
|
30
|
|
6
(Infrarouge thermique)
|
10.42-12.50
|
60
|
|
7
(Infrarouge)
|
2.08-2.35
|
30
|
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
43
a. Image Ikonos
Ikonos est un satellite d'observation de la Terre
américain à vocation commerciale. Ce satellite offre une
résolution d'un mètre en panchromatique et de quatre en multi
spectrale. Concernant notre travail, nous avons utilisé une image Ikonos
datant de 2006 panchromatique.
b. Données Pédologique
On avait à notre disposition une feuille
pédologique de Léopoldville de type Raster non
géoréférencé de l'ensemble de notre zone
d'étude. Cette carte a été publiée en 1963 d'une
échelle de 1/200000. La feuille a été ensuite
géoréférencées puis clipper à
l'échelle de notre zone d'intérêt enfin nous avons
numérisé les différents types de sol de notre zone
d'étude.
II.2. Matériels
Dans le cadre de ce travail, nous avons utilisé un
outil puissant qui fait à la fois la cartographie très
poussée et de la télédétection. Ce Logiciel est Arc
Gis dans sa version 10.3.1 étudiante.
Arc GIS est une suite de logiciels
d'information géographique (ou logiciels SIG) développés
par la société américaine ESI (Environmental Systems
Research Institute, Inc.).
C'est un système complet qui permet de collecter,
organiser, gérer, analyser, communiquer et diffuser des informations
géographiques.
Pour la partie statistique, nous avons recouru aux suites
bureautiques Excel pour générer les graphiques
et tableaux.
II.3. Méthodes et Procédure
Le traitement de l'information satellitaire nécessite
une méthodologie d'approche selon les types de données et les
caractéristiques du milieu d'étude.
En effet, après avoir téléchargé
les images de différentes années, nous les avons faites subir une
phase de traitement dans laquelle nous avons eu à vérifier la
correction géométrique pour voir si les images correspondaient
aux données shapefiles du milieu puis nous avons examiné la
correction radiométrique en sachant que cela est déjà
faite préalablement par USGS. Apres, nous avons extrait notre zone
d'étude pour chaque images et dans chaque bande utilisée ainsi
fait, nous avons assemblé toutes ces bandes, ce qu'on appelle
compilation des bandes.
Qu'il s'agisse du calcul d'indice par différence
normalisée de végétation, ou de la délimitation
d'un bassin versant ou en encore d'élaborer un carte d'occupation du sol
etc., chaque thématique a une procédure que nous
détaillons ci-dessous :
II.3.1. Délimitation du bassin versant et du
réseau hydrographique
Nous avons utilisé l'extension Arc Hydro pour calculer
et déterminer la zone d'intérêt. Tl est important de
connaître les différentes étapes pour arriver au
résultat, mais aussi de savoir sur quelles hypothèses on se base.
En effet, les hypothèses utilisées par Arc Hydro ne sont pas
les
44
seules existantes pour faire ce travail, par contre elles sont
les seules disponibles dans le cadre d'Arc Gis (Figure II.1).
STREAM ORDER
DETERMINATION DE RESEAU
HYDROGRAPHIQUE
CATEGORISATION DU RESEAU
HYDROGRAPHIQUE
TRANSFORMATION EN FICHIER
DE FORME DU
BASSIN
DETERMINATION DU BASSIN DE LA RIVIER
FLOW
ACCUMULATION
CON
Source : Réalisée
par l'auteur, 2018
Figure II.1. : Procédure de traitement de
délimitation de bassin versant et du réseau
hydrographique
La détermination des bassins versants se fait en suivant
les étapes : ? Remplissage
Cette première étape nous a permis de remplir
les cuvettes de la surface de notre raster (MNT) pour supprimer de
légères imperfections dans les données.
? Détermination de la direction
d'écoulement
Cette deuxième étape à consister à
créer avec le résultat de la précédente
opération, un raster de direction de flux à partir de chaque
cellule vers ses voisins de pente descendante. Chaque cellule du MNT est
entourée par 8 autres cellules. Le principe d'Arc Hydro est
d'établir vers quelle cellule s'écoule l'eau, à partir de
la cellule centrale. Pour cela il calcule la pente entre la cellule centrale et
les 8 cellules environnantes. Il considère que l'eau s'écoule
vers la cellule qui a la pente la plus forte
? Détermination de l'Accumulation de
flux
Après la direction, il était question de
créer un raster de flux cumulé dans chaque cellule. Le cas
échéant, nous pouvions utiliser un facteur de pondération.
Quand aucune cellule ne s'écoule vers la cellule
considérée, la valeur est de 0. Quand plusieurs cellules
s'écoulent vers la cellule considérée, la valeur est
égale à la somme de valeurs d'écoulement de ces
cellules.
45
? Evaluation conditionnelle pour l'outil CON
En cette quatrième étape, nous sommes servis de
l'outil « CON » à fin d'exécuter une évaluation
conditionnelle if/els sur chacune des cellules en entrée d'un raster en
entrée. Ainsi, nous avons demandé au logiciel de
l'éliminer toutes les valeurs inférieures à 2000 parce que
il s'agissait des simples talwegs.
? Détermination de l'ordre
d'écoulement
Nous avons attribué un ordre numérique au
résultat de la précédente opération à fin de
classifier et de construire le réseau hydrographique.
? Détermination du bassin versant
Après que nous ayons construit les tronçons du
réseau hydrographique nous avons déterminé le bassin
versant, c'est à dire les cellules qui se déversent sur chacun
des tronçons. Contrairement à la notion classique de bassin
versant qui prend en compte le ruissellement direct sur chaque tronçon,
sans tenir compte des apports qui peuvent arriver par les biais des affluents
du tronçon. Nous avons déterminé la surface de captation
au-dessus d'un ensemble de cellules de notre raster.
II.3.2. Etude Spatio-temporelle de l'occupation de
sol
Pour étudier l'évolution de l'occupation de sol
dans le bassin versant de la Lukunga, nous avons adopté une
méthodologie (figure II.2.).
46
Image Landsat 1987
Image Landsat 2001
Image Ikonos 2006
Image Landsat 2013
Image Landsat 2018
Corrections
Extraction de notre zone d'intérêt par
bande utile
Classification Orientée pixel
Compilation des bandes coupées
Carte d'occupation du
sol 1987
Carte d'occupation du
sol 2018
Carte d'occupation du
sol 2001
Carte d'occupation du sol 2013
Evaluation des résultats
Analyse et discussion des résultats
Carte d'occupation du sol 2006
Source : Réalisée par l'auteur,
2018
Figure II.2. : Procédure de traitement dans
l'étude diachronique de l'occupation du sol
47
Cette méthodologie s'appuie sur la classification
supervisée après prétraitements des images satellitaires.
En se basant sur notre connaissance du terrain et sur la signature spectrale,
on a défini pour chaque pixel de notre image sa classe d'appartenance.
L'algorithme utilisé est celui du maximum de vraisemblance qui repose
sur la règle de Bayes et permet de calculer pour chaque pixel sa
probabilité d'appartenir à une classe plutôt qu'une autre.
Le pixel est affecté à la classe dont la probabilité
d'appartenance est la plus élevée.
II.3.3. Elaboration du NDVI
En général, le NDVI utilise deux
propriétés pour quantifier la végétation saine. Il
utilise le proche infrarouge (NIR) car la végétation le
reflète fortement. Et il utilise également la lumière
rouge, car les plantes l'absorbent fortement.
Images Landsat
Corrigée 1987
Images Landsat
Corrigée 2001
Images Landsat
Corrigée 2006
Images Landsat
Corrigée 2013
Images Landsat
Corrigée 2018
Extraction de notre zone d'intérêt par bande
utile
FORMULE NDVI
Compilation des bandes
Image compilée
1987
Image compilée
2001
Image compilée
2013
Image compilée
2018
Image compilée
2006
Carte NDVI 1987
Carte NDVI 2001
Carte NDVI 2006
Carte NDVI 2013
Carte NDVI 2016
4 Annexe 4
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure II.3: Procédure de traitement dans
l'élaboration du NDVI
Les cartes de NDVI4 se sont fait en suivant ces
étapes : ? Activation la barre d'outils Analyse
d'image
Tout d'abord, nous avons activé la barre d'outils
d'analyse d'image (Fenêtres > Analyse d'image). La fenêtre
d'analyse d'image sera affichée dans Arma.
48
? Vérification des propriétés de
sortie scientifique
Deuxièmement, sous les options d'analyse d'image, nous
avons sélectionné la bande rouge et la bande infrarouge
proche.
? Clique sur l'icône NDVI
Nous avons mis notre couche en surbrillance sous
Propriétés, en cliquant dessus. Nous avons
sélectionné l'icône NDVI qui ressemble à une
feuille. Cela a créé une couche temporaire dans la table des
matières. Un vert brillant indique un NDVI élevé. Alors
que le rouge a un faible NDVI.
? Exportation du raster
Nous avons mis en surbrillance la nouvelle couche NDVI que
nous avons souhaité exporter en la sélectionnant dans la barre
d'outils d'analyse d'image puis clic droit et exportation du raster pour
enregistrer en mémoire.
II.3.4. Elaboration des cartes des ilots de
chaleurs
La température de la surface du sol (LST) est la
température radiative de la peau du sol. Cela dépend de
l'albédo, de la couverture végétale et de
l'humidité du sol. Il existe différentes méthodes pour
calculer le LST.
Images Landsat
Corrigée 1987
Images Landsat
Corrigée 2001
Images Landsat
Corrigée 2006
Images Landsat
Corrigée 2013
Images Landsat
AOI Corrigée
2018
CARTE DES ILOTS
DE CHALEUR 1987
CARTE DES ILOTS
DE CHALEUR 2001
CARTE DES ILOTS
DE CHALEUR 2006
CARTE DES ILOTS DE
CHALEUR 2013
CARTE DES ILOTS DE
CHALEUR 2018
Conversion Radiance en at
satellite Brightness
Temperature
Conversion de DN en Radiance
Calcul de la land Surface Emissivity
Calcul de Land Surface Température
Calcul de la Végétation
Proportionnelle
Extraction de notre zone d'intérêt par bande
utile
Conversion Radiance en at
satellite Brightness
Temperature
Conversion de DN en Radiance
Calcul de la land Surface Emissivity
Calcul de la Végétation
Proportionnelle
Calcul de Land Surface Température
Source : Réalisée
par l'auteur, 2018
Figure II.4: Procédure de traitement pour
l'élaboration des cartes des ilots de chaleur
Concernant le satellite Landsat 8 (OLI TIRS), les valeurs de
K1 et K2 se trouvent dans le métafichier.
49
Dans le cadre de notre étude nous avons utilisé
la méthode de l'USGS en utilisant les bandes 6.1 et 6.2 du satellite
Landsat 7 et 5, les bandes 10 et 11 du capteur infrarouge thermique (TIRS) du
satellite Landsat 8. Il est recommandé d'utiliser la bande 10 en analyse
quantitative car la bande 11 est significativement plus contaminée par
la lumière parasite que la bande 10. Il est toutefois recommandé
chaque fois la moyenne de résultats des deux bandes.
Les cartes de LST ont été élaborées
en suivant ces étapes :
? Conversion de nombres numériques (DN) en
réflectance TOA (Top Of Atmosphere)
Pour l'analyse et le calcul du LST, nous avons uniquement
besoin de la bande 10 et de la bande 11 pour le Landsat 8 et de la bande 6.1 et
la bande 6.2 pour le Landsat TM5 & ETM+. Les valeurs des images Landsat
brutes téléchargées sont appelées Numéros
numériques du capteur. Premièrement, ceux-ci doivent être
convertis en valeurs de réflectance TOA en utilisant l'équation
suivante :
? Ly = Ml X QCAL + Al (OLI TIRS)
? Ly = ((LMAX-LMIN)/ (QCALMAX-QCALMIN)) X
(QCAL-QCALMIN) + LMIN (TM & ETM+)
Ml : Radiance Multi Band
QCAL : Bande coupée
Al : Radiance Add Band
QCALMAX : Valeur de produit standard de pixel calibré et
quantifié maximum
QCALMIN : Valeur de produit standard de pixel calibré et
quantifié minimum
LMAX : luminance spectrale mise à l'échelle en
QCALMAX en watts / (mètre carré * ster *
pm)
LMIN : luminance spectrale mise à l'échelle en
QCALMIN en watts / (mètre carré * ster *
pm)
Toutes ces valeurs se trouvent dans le métafichier inclus
dans chaque téléchargement. Ces
valeurs peuvent différer d'une image à l'autre,
alors il faut les rechercher pour chaque scène. Notons que nous avons
utilisé l'outil « calculatrice raster » pour exécuter
cette opération.
? Conversion en température de luminosité
au satellite
A cette étape, nous avons converti nos valeurs de
réflectance en température de saturation du satellite. Cela se
fait avec l'équation suivante :
|
??2
? BT= Ln(??1
????1)
|
273,15
|
Ly : Radiance Spectral
K1 : 607,76 soit 666,09 (TM5/ETM+)
K2 : 1260,5 soit 1287,71 (TM5/ETM+) Ln : Logarithme
numérique
5 Annexe 5
50
? Calcul de la végétation
proportionnelle
Les indices de végétation sont très
utilisés d'une part, pour identifier et suivre la dynamique de la
végétation, mais aussi pour estimer certains paramètres
biophysiques caractéristiques des couverts végétaux, comme
la biomasse, l'indice de surface foliaire, la fraction de rayonnement
photosynthétique actif, etc.
Pour calculer la végétation proportionnelle, nous
avons appliqué la formule suivante :
? PV = (NDVI-NDVImin/NDVImax-NDVImin) 2
NDVI : Indice de végétation de la différence
normalisée
NDVImax : Valeur maximale de L'NDVI NDVImin : Valeur minimale de
L'NDVI
? Calcul de l'émissivité surfacique du sol
(LSE)
L'émissivité, €, à une longueur
d'onde donnée X (unités, um) et à la température T
(unités, K), est définie comme le rapport entre la luminance
émise par un corps à la température T et la luminance
émise par un corps noir.
Pour calculer l'émissivité surfacique du
sol5, nous avons appliqué la formule suivante :
? € = 0,0004 X Pv + 0,986 Pv : végétation
proportionnelle
? Calcul de la température de la surface du sol
(LST)
Dans la plupart des cas, le LST est un mélange de
végétation et de température du sol nu. Étant
donné que les deux réagissent rapidement aux changements du
rayonnement solaire entrant dus aux modifications de la couverture nuageuse et
de la charge d'aérosol et aux variations diurnes de l'éclairage,
le LST affiche également des variations rapides. À son tour, le
LST influence la répartition de l'énergie entre le sol et la
végétation et détermine la température de l'air de
surface.
Pour calculer la température de la surface du sol, nous
avons appliqué la formule suivante : ? LST = BT/1+W X (BT/P) x
Ln(€)
BT : température de luminosité au satellite W :
bande coupée
€ : émissivité surfacique du sol
P : 14380
51
II.3.5. L'évaluation statistique de la
classification
Pour l'évaluation la vraisemblance de notre
classification, nous avons choisi la méthode fondée sur les
résultats statistiques de la classification, cette dernière est
effectuée sous le logiciel Arc Gis, le principe de cette méthode
consiste à prélever hasardeusement des points puis les confronter
avec des points de référence.
Le résultat est donné sous forme d'une matrice
dite matrice de confusion qui contient un indice qui est utilisé pour la
validation finale :
? L'indice de Kappa : il indique comment les données
à classer s`accordent aux données de référence. Il
constitue une mesure fiable dans l`évaluation des classifications
thématiques car il examine tous les éléments dans la
matrice de confusion et prend en compte à la fois des erreurs
d`omissions et de commissions (Rosenfiel et Filztpatrick-lins, 1986 cité
par El HADRAOUI, 2013).
II.3.6. La modélisation des processus
érosifs
Notre modèle (figure) a été
réalisé en utilisant essentiellement trois données
disponibles en l'occurrence : la topographie, l'érodabilité du
sol et le couvert végétal.
Nous avons combiné l'ensemble de ces données et
nous les avons classées en fonction de leur rôle et importance
dans le processus érosif. Tout cela a été
réalisé en se servant des fonctionnalités d'Arc Gis
10.3.1.
SRTM
Facteur LS
Images satellitaires Landsat
Carte d'occupation du sol
Carte pédologique + Littérature
Carte de vulnérabilité des
sols
Reclassification
Attribution des codes de sensibilité
Traitement avec les outils d'Analyse
Spatiale Arc
Gis
Carte de sensibilité à
l'érosion
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure II.5 : Méthodologie suivie pour la
modélisation des processus érosifs
52
II.3.6.1. Réalisation
L'une des difficultés majeure pour mettre en place un
modèle sur les processus érosifs dans un bassin versant c'est la
collecte des données.
Les données nécessaires à intégrer
dans le modèle sont citées ci-après : ? La
couverture végétale
Le couvert végétal est, après la
topographie, le second facteur le plus important qui contrôle le risque
d'érosion des sols. Ce dernier est négligeable si on a un sol
bien couvert de végétations toute l'année même si la
pente du terrain est forte et les précipitations sont intenses et le sol
est vulnérable à l'érosion. Dans le modèle RUSLE,
l'effet du couvert végétal est incorporé au facteur
d'aménagement du couvert. Il est défini comme un ratio de la
perte en sol sur des terrains cultivés sous des conditions
spécifiques par rapport à la perte en sol correspondante sur un
terrain en jachère (WISCHMEIER et al. 1978).
Nous avons reclassifié notre carte d'occupation et nous
avons attribué un indice à chaque classe.
? Le Facteur LS
Au-delà d'une pente de 2%, l'érosion
connaît une croissance exponentielle (McCool et al, 1987) due à la
formation de rigoles et à l'augmentation, avec la vitesse de
ruissellement, des taux d'érosion diffuse.
La vitesse étant proportionnelle à la distance
parcourue, plus la longueur de la parcelle est grande, plus la vitesse
augmente. Les particules d'eau qui ruissellent emmagasinent donc une
énergie plus importante qui se traduit par la création et le
creusement de rigoles. Cependant, même si l'influence de la longueur de
la pente est reconnue, il est très difficile de connaître
précisément l'exposant qui relie l'érosion et la longueur
de la pente. De nombreuses formules ont été proposées,
mais elles ne sont pas applicables de manière universelle. De plus, tout
comme pour l'inclinaison de la pente, il faut prendre en compte le type
d'érosion pour pouvoir déterminer quelle est l'influence de la
longueur de la parcelle.
Cependant, le facteur topographique LS de WISCHMEIER &
Smith permet de donner des résultats satisfaisants quant à
l'influence de la longueur et de l'inclinaison de la pente dans le
phénomène érosif. Il prend donc en compte deux
éléments : l'inclinaison (S) et la longueur (L) de pente. Ces
deux facteurs sont le plus souvent combinés en un facteur unique
adimensionnel (LS). Le facteur LS est généralement défini
comme étant le rapport de perte de sol entre deux parcelles ayant des
conditions identiques à l'exception de l'inclinaison et de la longueur
de pente : l'une d'une longueur et d'une inclinaison de pente données,
l'autre ayant 22.1 m de long et 9% de pente (parcelle expérimentale de
WISCHMEIER et Smith, 1978).
53
La relation permettant de calculer le facteur LS est la suivante
:
LS 4Accumulation de débit *
Résolution SeTM)m (0,65 + 0, 045S + 0,
0065S2)
22,21
S : Pente
m est un facteur qui dépend de la pente : m=0,5 si la
pente est >= à 5% m=0,4 si la pente est de 3,5 à 5 % m=0,3 si
la pente est de 1 à 3,5 % m=0,2 si la pente est < 1%.
Fichier d'entrée : MNT
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Comblement des dépressions du MNT
|
|
|
|
|
|
|
|
Pente
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Création du raster de direction des
flux
|
|
|
|
|
|
Création du raster d'Accumulation
des
flux
|
|
|
|
Calculatrice raster pour calcul du facteur
LS =
formule ci-haut
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Figure II.6 : Méthodologie suivie pour le facteur
LS
54
? L'érodabilité
La sensibilité des sols à l'érosion est
influencée par les paramètres intrinsèques du sol
(stabilité structurale, croûte de battance, état
dispersé, matière organique, texture (Roose et Sarrailh,
1990).
Dans notre zone d'étude, certains sols sont plus
vulnérables que d'autres, mais la majorité est sensible voire
très sensible à l'érosion.
Le bassin versant de la Lukunga est caractérisé
par la dominance des grès très tendres (sols ocres, jaune,
rouge), et de sables plus ou moins argileux ainsi que des Arkoses de Zongo.
Nous avons réalisé la carte de
vulnérabilité des sols 3 niveaux de sensibilité à
l'érosion dans le bassin versant, cela a été fait à
partir de la feuille pédologique de Léopoldville.
Nous avons aussi attribué un indice de
sensibilité pour chacune des classes de la carte, l'indice le plus fort
correspond à la classe la plus exposée à
l'érosion.
II.3.6.2. Bilan
L'ordre défini ci-dessous correspond à l'ordre
d'importance de ces facteurs dans le processus érosif pour notre
modèle :
? La couverture du sol ;
? Le facteur LS
? La vulnérabilité des sols.
II.3.6.3. L'arborescence
logique6
L'arborescence logique a été effectuée en
s'inspirant de l'étude de Youssef El HADRAOUI, 2013 sur la même
problématique. Nous avons cherché à réaliser une
modélisation fiable et adaptée à notre zone d'étude
ne nécessitant que les données en notre possession.
6 Annexe 6
55
Conclusion partielle
En ce deuxième chapitre, nous avons
présenté les données, les matériels ainsi que les
différentes procédures qui nous ont permis de vérifier nos
hypothèses ainsi donc à atteindre les objectifs dûment
fixés. Retenons que nous avons utilisé plusieurs
procédures qui ont été appliquées essentiellement
sur le logiciel ArcGis.
Le chapitre prochain sera consacré à la
présentation et analyse des résultats obtenus avec ces
matériels, données et procédures.
56
CHAPITRE III. PRESENTATION ET DISCUSSION DES
RESULTATS
Il est question dans ce troisième chapitre de
présenter et de faire la discussion des différents
résultats de nos recherches commençant par rappeler les
principaux résultats attendus
III.1. Occupation du sol
L'étude spatio-temporelle de l'occupation du sol du
bassin versant de la Lukunga entre 1987 et 2018 a été faite
à partir des images Landsat (5,7&8) et d'une image Ikonos de 2006 de
la zone d'étude. Cinq classes d'occupation ont été
déterminées et la superficie couverte par les différentes
classes a été évaluée.
III.1.1. Analyse par An
Il s'agit en ce point d'analyser la dynamique de l'occupation
spatiale dans le bassin versant de la Lukunga année par année.
57
Source : réalisé par l'auteur, 2018
Carte III.1. Occupation Diachronique du Sol
58
? Occupation du sol en 1987
A la lumière de la figure III.1, le bassin versant de
la Lukunga était en 1987, occupé plus par une
végétation herbeuse et des champs avec 1629 Ha soit 29% de
l'ensemble du bassin versant. En deuxième place figurait la
végétation arbustive et les lambeaux forestiers avec 17 % soit
938 Ha de l'ensemble du bassin versant. Le sol nu occupait 16 % soit 876 Ha,
les zones anthropisées quant à elles n'occupaient que 9% de
l'ensemble du bassin versant soit 494 Ha. La classe eau occupait 25 Ha de
surface du bassin soit 5%. Il y a du reste une classe sans information qui
représente 24% de l'ensemble de l'aire d'étude vu que la ville de
Kinshasa est dans zone très nuageuse.
Végétation
Herbeuse
&
champs:29%
Sol nu:16%
No data: 24%
Eau: 5%
Zone
Anthropisée:9
%
Végétation
arbustive
&
lambeau
Forestier:17%
Source : Réalisée à partir de la
classification de 1987 Figure III.1. Occupation du sol en
1987
? Occupation du sol en 2001
La répartition des classes d'occupation du sol en cette
année se présente comme suit : le Sol nu occupait 38% soit 2134
Ha de la superficie du bassin versant, la végétation herbeuse et
les champs occupaient 1126 Ha de toute la superficie soit 20%, la
végétation arbustive et les lambeaux forestiers occupaient 15%
soit 818 Ha suivi des zones anthropisées qui occupaient que 788 Ha soit
14% et la classe eau n'occupait que 4% soit 22 Ha. La classe sans information
représente 9% dans la surface du bassin
Zone
Anthropisé
e:14%
Végétation
Herbeuse
et
Champs:20%
No data:9%
Végétation
arbustive
&
Lambeau
Forestier :15%
Sol nu:38%
Eau:4%
Source : Réalisée à partir de la
classification de 2001 Figure III.2. Occupation du sol en
2001
59
? Occupation du sol en 2006
En 2006, les zones anthropisées représentaient
32% soit 1788 Ha en deuxième position, la végétation
herbeuse et les champs occupaient 25 % de l'aire d'étude soit 1532 Ha
suivi par les sols nus 23% soit 1440 Ha du bassin, les
végétations arbustives et les lambeaux forestiers occupaient 14%
équivalant à 801 Ha du milieu d'étude. La classe eau
occupait 4% soit 24 Ha sur la surface du bassin ; enfin il y a la classe sans
information qui représentait 1% de l'entendue.
Eau:4% No data:1%
Zone
Anthropisée:32%
Végétation
arbustive &
Lambeau
Forestier
:14%
Végétation
Herbeuse
et
Champs:25%
Sol nu:23%
Source : Réalisée à partir de la
classification de 2006 Figure III.3. Occupation du sol en
2006
? Occupation du sol en 2013
Au cours de cette année, les zones anthropisées
occupaient 2549 Ha soit 45% du bassin suivi par les sols nus avec 24% du bassin
équivalant à 1339 Ha, la couverture végétale
occupait 28% répartie à 14% pour les végétations
herbeuses et les champs et à 14% pour les végétations
arbustives et les lambeaux forestiers. La classe eau occupait 1% avec 23 Ha et
enfin la classe sans information ne représentait que 2% de la
surface.
Zone
Anthropisée:45%
Sol nu:24%
No data:2%
Eau:1%
Végétation
arbustive
&
lambeau
Forestier:14%
Végétation
Herbeuse
&
champs:14%
Source : Réalisée à partir de la
classification de 2013 Figure III.4. Occupation du sol en
2013
60
? Occupation du sol en 2018
Durant cette année, les zones anthropisées
représentaient 55% du bassin puis les sols nus avec 21%. Les herbes et
les champs occupaient 12,5% suivi des arbres et les lambeaux forestiers avec
11% ; et l'eau n'occupait que 0,5% de l'ensemble du bassin versant.
Eau : 0,5%
Végétation arbustive & lambeau
Forestier: 11%
Végétation Herbeuse &
champs:12,5%
Zone Anthropisée : 55% Sol nu : 21%
Source : Réalisée à partir de la
classification de 2018 Figure III.5. Occupation du sol en
2018
III.1.2. Analyse par Classe
L'analyse de différents changements intervenus dans les
modes d'occupation du sol pour chaque classe singulièrement fait l'objet
de ce point.
III.1.2.1.Végétation arbustive & Lambeau
Forestier
L'on observe dans la carte (Carte III.2), la dynamique
spatio-temporelle des arbres isolés entre eux mais aussi
regroupés en tas.
61
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.2. Dynamique de la végétation
arbustive et Lambeau forestier
62
La végétation arbustive et lambeaux forestiers
ont connu, en trente-et-un ans une perte de 30 %, occasionnée par le
besoin en espace à urbaniser du fait de la croissance
démographique avec ce qui en découle (défrichement,
construction anarchique, etc...). Elle est passée de 938 à 617
Ha, comme la montre la figure III.6.
1000
400
900
800
700
600
500
300
200
100
0
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
938
Végétation arbustive &
lambeau Forestier
818 801
753
617
Source : Réalisée à partir de la
classification supervisée
Figure III.6: Dynamique de la végétation
arbustive & lambeau forestier
III.1.2.2.Végétation Herbeuse &
champs
La carte (carte III.3.) retrace le changement intervenu dans
les surfaces cultivées ayant un couvert végétal peu dense
au moment de prise de vue des images satellitaires mais aussi les herbes et les
hautes herbes. Notons que les surfaces labourées ne rentrent pas dans
cette classe.
63
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.3. Dynamique de la végétation
Herbeuse et champs
64
En trente-et-un ans, cette catégorie a connu divers
changements avec une régression entre 1987 et 2001, une reprise en
superficie entre 2001 et 2006. Cependant il est important de faire remarquer
que, cette classe est passée de 1626 à 701 Ha perdant ainsi, plus
de la moitié de sa surface depuis 1987 (Figure III.7.).
1800
|
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
0
|
|
Végétation Herbeuse & champs
|
|
|
|
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
Source : Réalisée à partir de la
classification supervisée
Figure III.7 : Dynamique de la végétation
Herbeuse & champs
III.1.2.3. Sol nu
La carte (carte III.4) montre le changement intervenu dans les
espaces où la couverture végétale est absente, cette
classe contient aussi les terres labourées.
Carte III.4. Dynamique du Sol nu
65
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
66
En considérant l'année 2001 comme année
de référence il y a lieu de conclure que cette classe a nettement
perdu en importance surfacique. Cependant à l'échelle de trente
et un an, elle a connu une progression passant de 876 à 1162 Ha soit une
évolution de 32,6 % (Figure III.8).
|
2500 2000 1500 1000
500
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2134
|
|
1440
|
|
1336
|
|
1162
|
|
876
|
|
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
|
Sol nu
Source : Réalisée à partir de la
classification supervisée Figure III.8 : Dynamique du Sol
nu
III.1.2.4. Eau
Il s'agit ici (carte III.5) de montrer comment les espaces en
eau ont évolué dans le temps et dans l'espace dans notre milieu
d'étude.
67
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.5. Dynamique de l'Eau
68
Les surfaces en eau n'ont pas connu en trente et un an de
changements majeurs. La tendance générale montre une
régression de l'ordre de 47 ?% de perte en surface comme le montre la
figure III.9.
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
25
24
23
22
19
Source : Réalisée à partir de la
classification supervisée Figure III.9: Dynamique de
l'eau
III.1.2.5. Zones Anthropisées
La carte III.4 prend en compte les modifications des espaces
anthropisés et aussi urbanisés.
69
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.6. Dynamique de zones
anthropisées
70
Les zones anthropisées ont connu une progression
très marquée du fait qu'elles ont multipliée leurs
superficies par six (figure III.10). La croissance et l'extension des
bâtis se traduisent par la modification des conditions naturelles du sol,
ce qui va modifier le cycle naturel de l'eau. La conséquence de ces
modifications est l'augmentation des volumes d'eau qui ruissellent sur le sol.
C'est pourquoi, les sols deviennent très sensibles à
l'érosion.
|
3500
|
|
|
3114
|
|
3000
|
|
|
|
2549
|
|
|
2500
|
|
|
|
|
|
2000
|
1788
|
|
|
|
|
1500
|
|
|
|
|
|
|
|
1000
|
788
|
|
|
|
|
|
|
494
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
|
Zone Anthropisée
Source : Réalisée à partir de la
classification supervisée Figure III.10: Dynamique des
Zones Anthropisées
III.1.2.5.1. Ilots de chaleur
L'évolution des espaces anthropisés à un
impact sur la température ambiante ainsi la carte III.7 analyse la
dynamique des ilots de chaleurs dans le milieu d'étude.
71
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.7. Dynamique des Ilots de chaleur
Les végétations herbeuses et les champs ont
connu dans cette phase cette fois ci une légère expansion de 36 %
soit 1532 hectares de plus par rapport à la situation de 2001.
72
Les résultats des analyses des images satellitaires des
îlots de chaleurs en 31 ans, montrent une augmentation de plus au moins
10° Celsius de température avec une apparition des plusieurs poches
d'ilots de chaleur dans les parties extrêmes du bassin versant ; cette
cartographie des ilots de chaleurs élevés se calque globalement
à celle des zones anthropisées et des sols nus.
III.1.2.6. Analyse du comportement des classes
d'occupation
Comme le montre la figure (III.11), aucune classe n'a
été épargnée de transformation pendant 31 ans.
L'importance de chacune sera détaillé dans cette
dernière.
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Végétation arbustive & lambeau Forestier
sup1987 sup2001 sup2006 sup2013 sup2018
Végétation
Herbeuse &
champs
Sol nu Zone
Anthropisée
Eau No data
Source : Réalisée à partir des
classifications supervisées
Figure III.11. Tendance de classes d'occupation du sol
dans le bassin versant de la Lukunga
Entre 1987 et 2001 soit 14 ans, la végétation
arbustive et les lambeaux forestiers ont perdu 12 % de superficie au profit des
zones anthropisées qui ont augmenté de 60 % soit 788 Hectares de
plus par rapport à la situation de 1987.
Dans la même période les sols nu ont connu une
expansion de 143 % soit 2134 hectares de plus alors les
végétations herbeuses et les champs ont connus une
régression de 30 % soit 503 hectares de moins ; ceci surement au profit
des sols nus.
.
Entre 2001 et 2006 soit 5 ans, les zones anthropisées
ont connu une expansion de 126 % soit 1788 hectares de plus par rapport
à la situation de 2001. Cette progression a influe sur les sols nus qui
ont régressé de 32,5% soit une perte de 1440 hectares.
73
Les végétations arbustives et les lambeaux
forestiers quant à eux, ils ont connu une très
légère régression de 2 % soit 17 hectares de moins par
rapport à la situation de 2001 frôlant le quasi maintien.
L'on constate encore que la qualité des
résultats s'améliore au regard de résultats qui montre un
gain en données sur plus de 697 hectares qui nous manquait en 2001.
Entre 2006 et 2013, les zones anthropisées ont connus
une expansion de 42,5 % soit 761 hectares de plus par rapport à la
situation de 2006, expansion qui a une influence sur le couvert
végétal qui a régressé de 53,5 % soit une perte de
775 hectares répartie de la manière suivante 47,5 % soit 727
hectares pour les végétations herbeuses et les champs et 6 % soit
48 hectares pour les végétations arbustives et les lambeaux
forestiers.
Quant aux sols nus, ils ont connu une faible régression
de 7,22 % soit 104 hectares de plus par rapport à la situation de
2006.
Entre 2013 et 2018 soit 5 ans passés, les zones
anthropisées comme dans la période précédente, ont
connu dans cette période une légère expansion de 22% soit
565 hectares de plus par rapport à la situation de 2013.
Les végétations arbustives et les lambeaux
forestiers ont connu une perte de 18 % soit 136 hectares aussi les
végétations herbeuses ont perdu 12% soit 104 hectares par rapport
à la situation de 2013.
En cette période, les sols nus ont connu une faible
régression de 174 hectares soit 13% par rapport à la
période précédente.
On remarque encore bien que la qualité des
résultats s'améliore au regard de résultats qui montre un
gain en données sur plus de 147 hectares qui nous manquait en 2013.
III.1.2.7 Évaluation
Nous avons vérifié l'exactitude et la
fiabilité de nos résultats à partir d'une matrice
appelée matrice de confusion. Cette dernière est basée sur
une comparaison entre les zones d'entrainement classées par
l'utilisateur grâce à sa connaissance du terrain et entre ces
mêmes zones reclassées par le logiciel. Les résultats de
ces comparaisons sont exprimés en pourcentage. Selon (Afro, Descplnoy,
2010), une classification est fiable et exploitable si, et seulement si les
pourcentages sont supérieurs à 80%.
Dans notre cas, le pourcentage de la précision globale
et le coefficient de Kappa pour nos quatre classifications dépassent
largement les 80% (tableau). Ce qui permet de déduire que notre
classification est fiable et exploitable.
7 Annexe 7
8 Annexe 8
74
Tableau III.1 : Indice de Kappa
|
Années Classes
|
1987
|
2001
|
2006
|
2013
|
2018
|
|
Indice de Kappa
|
|
V.A
|
95 %
|
95 %
|
95 %
|
96
|
88 %
|
|
V.H
|
98 %
|
89 %
|
90 %
|
90
|
92 %
|
|
S.N
|
90 %
|
80
|
80 %
|
85
|
86 %
|
|
Z.A
|
80
|
85
|
100 %
|
95
|
90 %
|
|
E
|
93
|
97
|
70 %
|
80
|
75 %
|
|
Précision
Global
|
93 %
|
91 %
|
98 %
|
90 %
|
95 M
|
Source : Réalisé par l'auteur
III.2 La modélisation des processus
érosifs
Le phénomène érosif est présent
dans le bassin versant de la Lukunga. Cela se justifie par la présence
de plusieurs têtes d'érosions dans ce milieu. L'identification des
zones sensibles à l'érosion est une obligation. D'où
l'intérêt de notre étude. Dans cette partie, nous
présentons diverses cartes thématiques correspondantes aux
étapes ayant conduit à l'identification et distinction des
différentes zones du bassin selon leurs sensibilités à
l'érosion. L'érosion est donc modélisée grâce
aux croisements de ces cartes et en se servant de plusieurs outils du logiciel
Arc Gis qui nous a permis de programmer notre arborescence.
III.2.1 La carte du facteur LS7
L'inclinaison des pentes et les longueurs des pentes sont de
facteurs essentiels dans la modélisation de l'érosion.
La carte du facteur LS comprend 3 variables (Indice). L'indice
1 correspond aux zones à faible risque, l'indice 2 correspond aux zones
à moyen risque et l'indice 3 correspond aux zones à fort
risque.
III.2.2 La carte
d'érodabilité8
La carte d'érodabilité des sols dans le bassin
versant de la Lukunga indique que ce dernier est fortement sensible à
l'érosion. Seulement 5% de la surface du bassin est peu
vulnérable à l'érosion et à peu près les 95%
du bassin est vulnérable voire très vulnérables.
75
III.2.3 La carte de sensibilité à
l'érosion
La carte de sensibilité à l'érosion a
été effectuée en combinant les trois facteurs suivant
l'arborescence. Cette dernière a généré 4 classes
en fonction de leur sensibilité à l'érosion. Chaque pixel
de cette carte dispose d'un indice de vulnérabilité compris entre
1 et 4.
Le résultat de la modélisation du risque
érosif dans le bassin versant de la Lukunga (carte III.X), nous a permis
de distinguer quatre types d'aléas dans la zone :
? Les zones à vulnérabilité nulle
correspondent aux cours d'eau ;
? Les zones à vulnérabilité très
faible (Érosion type 1) ;
? Les zones à vulnérabilité faible
(Érosion 2) ;
? Les zones à vulnérabilité moyenne
(Érosion 3) ;
? Les zones à vulnérabilité forte
(Érosion 4) ;
76
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte III.8. Sensibilité à
l'érosion
77
III.2.3.1. Discussion de la carte
Il ressort de la carte de sensibilité à
l'érosion que les pixels correspondant à l'érosion de type
1 sont éparpillés sur toute surface du bassin versant mais assez
moins fréquents du coté Est ; coté dans lequel se localise
plus les pixels correspondants à l'érosion de type 2, ils se
localisent non seulement de à cet endroit mais aussi vers le Sud-Est, le
Sud avec quelques portion mais au Centre du bassin. Les pixels correspondants
à l'érosion de type 3 et de type 4 sont localisés par ici
par-là spécifiquement dans les zones collinaires. Les pixels
correspondants à l'érosion de type 0 sont localisés dans
les vallées équivalant aux lits de rivières.
Du point de vue de la superficie, le bassin versant est
dominé par les pixels correspondant à l'érosion de type 1
avec 3999, 2 Ha suivi des pixels correspondant à l'érosion de
type de 2 avec 1443.4 Ha, les pixels correspondant à l'érosion de
type 3 occupent 95,7 Ha et les pixels correspondant à l'érosion
de type 4 occupent 55.1 Ha.
Les pixels correspondant à l'érosion de type 0
quant à eux n'occupent que 19 Ha.
78
Conclusion partielle
Dans la période comprise entre 1987 et 2018, le bassin
versant a connu une forte croissance démographique entrainant des
modifications dans son paysage qui a eu un effet surtout sur la
température ambiante, la végétation, chauffant ainsi les
sols. La combinaison de tous ces facteurs a rendu ce bassin très
sensible à l'érosion.
Nous avons obtenu une carte de sensibilité à
l'érosion avec une gamme de classe allant de 0 à 4 ayant permis
de mettre en évidence le potentiel érosif du bassin versant de la
Lukunga.
79
CONCLUSION GENERALE
Les cartes d'occupation du sol fruit d'une classification
supervisée des images Landsat TM5, ETM+, OLI et d'une image Ikonos, ont
montré que le bassin versant de la Lukunga a été
marqué dans les trente-et-un dernières années par une
évolution et un changement remarquables de son paysage sous l'effet bien
évidemment d'anthropisation du milieu.
Les changements les plus palpables concernent le bâti
qui a progressé d'une façon éminente surtout dans les
quartiers péri-urbains et la croissance démographique s'est faite
de manière importante.
Les causes de cette forte croissance démographique
résident dans l'obligation de trouver de nouveaux espaces à lotir
au détriment des zones couvertes par différents types de
végétation. Ces espaces urbanisés en plus des sols nus ont
connu aussi un changement.
La modélisation des processus érosifs montre que
le bassin versant de la Lukunga est fortement exposé à
l'érosion d'où la nécessité pour l'autorité
urbaine de la ville de Kinshasa et pour les acteurs communautaires d'intervenir
pour lutter contre ce désastre qui a des répercussions surtout au
niveau socio-économique et écologique.
Les résultats obtenus dans cette recherche viennent
confirmer le rôle de la géomatique dans les études
spatio-temporelles de l'occupation du sol ainsi que dans la modélisation
de certains phénomènes naturels tels que l'érosion.
En effet, nos hypothèses ainsi confirmées à
savoir :
? La dynamique de l'occupation du sol serait
caractérisée par un recul de la couverture végétale
en faveur de zones anthropisées en perpétuel accroissement ;
? la température des ilots de chaleur, serait
caractérisée par une augmentation soutenue en degrés ;
? Les zones sensibles à l'érosion seraient
celles dont la conjonction de facteurs favorables à l'érosion
sera plus marquée, les facteurs déterminants seraient la
qualité du sol, l'inclinaison et la longueur de la pente ainsi que le
degré de la biomasse végétal.
Ces résultats poussent à la recherche des
solutions pour ainsi améliorer la qualité de drainage et
d'infiltration des différentes unités du bassin versant de la
rivière la Lukunga et, par conséquent, diminuer le ruissellement
et la perte de sol.
.
80
BIBLIOGRAPHIE
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L'Harmattan, Paris, 282p.
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-
https://www.earthexplorer.usgs.gov,
mars 2018 ;
-
https://www.futura-sciences.com,
juin, 2018 ;
-
https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais,
février 2018 ;
- https://www.memoireonline.com/ décembre, 2017.
82
ANNEXES
83
Annexe 1
Moyenne de données climatiques de Kinshasa de
1987 à 2017 soit 30 ans
|
Mois
Facteurs
|
Janvie r
|
Févrie r
|
Mar s
|
Avri l
|
Mai
|
Juin
|
Juille t
|
Août
|
Septe mbre
|
Octo bre
|
Nove mbre
|
Déce mbre
|
|
T °C
|
25
|
26
|
26
|
26
|
25
|
23
|
22
|
23
|
25
|
25
|
25
|
25
|
|
Pmm
|
169
|
159
|
192
|
210
|
160
|
4
|
1
|
9
|
32
|
167
|
268
|
213
|
Source : METTELSAT, 2018
Annexe 2
Principaux affluents de la rivière
Lukunga
|
Cours
|
Rive
|
Affluents
|
Longueur en Km
|
Direction
|
Territoire drainé (Quartiers)
|
|
Supérieur
|
Droite
|
Mangungu
|
2
|
Sud-Est vers
Nord-Ouest
|
Musey, Kinsuka-pécheur,
M'finda, A-C,
Mama Yemo,
Munganga
|
|
Droite
|
Binza
|
7
|
Nord-Est vers
Nord-Ouest
|
Lukunga, Pigeon, Mama Yemo, Munganga, Kimpe, Bumba, Djelo-Binza,
AC, M'finda
|
|
Inférieur
|
Droite
|
Kikusa
|
4
|
Sud-Est vers
Nord-Ouest
|
Bumba, Ngomba-Kikusa,
|
Source : Réalisé par l'auteur, 2018
84
Annexe 3
Répartition des tranches de surface du bassin en
fonction de l'altitude
|
N° DE
SURFACE
|
HAUTEUR
EN m
|
SURFACE
PARTILLE EN
Km2
|
SURFACE
CUMULULEE
Km2
|
POURCENTAGE SURFACE
PARTIELLE (DIAGRAMME
DE FREQUENCE)
|
PUOCENTAGE
SURFACE CUMULEE
(HYPSOMETRIE)
|
|
S1
|
550-600
|
3,606
|
3,606
|
17,34
|
17,34
|
|
S2
|
500-550
|
1,965
|
5,571
|
9,45
|
26,79
|
|
S3
|
450-500
|
2,640
|
8,211
|
12,69
|
39,48
|
|
S4
|
400-450
|
6,486
|
14,697
|
31,18
|
70,66
|
|
S5
|
350-400
|
6,101
|
20,798
|
29,34
|
100
|
Source : Réalisé par l'auteur, 2018
Carte NDVI
85
Annexe 4
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
86
Annexe 5
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte LSE
87
Annexe 6
Arborescence logique
|
Classe
d'occupation du
sol
|
VS
|
Facteur LS
|
|
Carte Sensibilité de deux premiers
facteurs
|
VS
|
Erodibilté des sols
|
Résultat
|
Carte de
sensibilité
à
l'érosion
|
|
|
|
|
|
|
1-2
|
|
1
|
|
|
0-5 %
|
|
1
|
3
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
V.A
|
10-20 %
|
|
2
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
2
|
|
|
20 %
|
|
3
|
2
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-2
|
|
1
|
|
|
0-5 %
|
|
1
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
V.H
|
5-10 %
|
|
2
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
2
|
|
|
10-20 %
|
|
3
|
|
2
|
|
3
|
|
|
|
|
|
3
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
|
0-5 %
|
|
1
|
|
2
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
S
|
|
5-10 %
|
|
2
|
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
2
|
|
|
Plus 20 %
|
|
4
|
|
2
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
|
0-5 %
|
|
1
|
|
2
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
1
|
|
B
|
|
5-10 %
|
|
2
|
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
2
|
|
|
10-20 %
|
|
3
|
|
2
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
2
|
|
|
Plus 20 %
|
|
4
|
|
2
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
4
|
Source : Réalisé par l'auteur,
2018
88
Annexe 7
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte Facteur LS
89
Annexe 8
Source : Réalisée par l'auteur, 2018
Carte vulnérabilité du sol à
l'érosion
90
Table des matières
EPIGRAPHE i
IN MEMORIAM ii
REMERCIEMENT iv
RESUME vi
ABSTRACT vii
LISTE DES TABLEAUX viii
LISTE DES FIGURES viii
LISTE DES PHOTOS viii
LISTE DES CARTES ix
ANNEXE ix
LISTE DES ACRONYMES x
INTRODUCTION GENERALE 1
1. Contexte 1
2. Problématique 1
3. Hypothèses 2
4. Revue de la littérature 3
5. Choix et Intérêt du sujet 4
5.1. Choix du sujet 4
5.2. Intérêt du sujet 4
6. Objectifs 4
6.1. Objectif général 4
6.2. Objectifs spécifiques 4
7. Méthodologie d'approche 5
7.1. Méthodes de recherche 5
7.2. Définir une méthode 5
7.3. Techniques de collecte des données
5
7.3.1. Revue documentaire 5
7.3.2. Observation directe 5
7.3.3. Cartographie 5
8. Délimitation spatio-temporelle 5
9. Difficultés rencontrées 6
10. Structure du travail 6
91
CHAPITRE I. CONSIDERATIONS GENERALES 7
I.1. Définition des concepts 7
I.1.1. Albédo : 7
I.1.2. Bassin versant 7
I.1.3. Biomasse végétale 7
I.1.4. Couverture végétale 7
I.1.5. Erodabilité 7
I.1.6. Erodibilité 7
I.1.7. Erosion 7
I.1.7.1 Processus de l'érosion hydrique et agents
érosifs 8
I.1.7.2. Processus d'érosion 8
I.1.7.2.1. Le détachement 8
I.1.7.2.2. Le transport 9
I.1.7.2.3. La sédimentation 10
I.1.7.3. Facteurs de l'érosion 10
I.1.7.3.1. Le climat 11
I.1.7.3.2. La topographie 11
I.1.7.3.3. La lithologie 11
I.1.7.3.4. Le couvert végétal
12
I.1.7.3.5. Le facteur anthropique 12
I.1.7.4. Conséquences de l'érosion et
rôle des ravines 12
I.1.7.4.1. Conséquences de l'érosion
hydrique 12
I.1.7.4.2. Rôle des ravines 13
I.1.8. Géomatique 14
I.1.9. Modélisation 14
I.1.10. Shapefile 14
I.1.11. Télédétection
14
I.1.12. Zones anthropisées ou l'anthropisation
14
I.2. Présentation du bassin versant de la
rivière Lukunga 14
I.2.1. Situation géographique 15
I.2.2. Données climatologiques 19
Figure I.1 : Diagramme ombro-thermique de la Ville
Province de Kinshasa 19
I.2.3. Topographie 19
I.2.4. Géologie 21
92
I.2.5. Pédologie 25
I.2.6. Végétation 27
I.2.7. Hydrographie 27
I.2.8. Détermination des paramètres
caractéristiques du bassin versant 29
I.2.8.1. Paramètres physiques du Bassin versant
29
1. La superficie du bassin versant (S) 29
2. Le Périmètre du bassin versant (P)
29
3. Indice de compacité (KG) 29
4. Rectangle équivalent 29
5. Longueur du talweg principal du bassin versant
30
6. Coefficient d'allongement Ca : 30
I.2.8.2. Paramètres morphologiques du bassin
versant 30
I.2.8.2.1. Etude des surfaces du bassin versant.
30
1. Répartition des surfaces en fonction de
l'altitude : 30
2. Détermination des altitudes 31
3. Les indices de pente : 32
I.2.9.Problèmes environnementaux
caractéristiques du bassin de la Lukunga 33
I.2.9.1. Pollution 34
I.2.9.1.1. Pollution fécale 34
I.2.9.1.2. Pollution des eaux et des sols par des
déchets 34
I.2.9.2. Les inondations et ensablements 35
I.2.10. Population 36
I.3. Intérêt de la géomatique dans
l'étude des processus érosif 36
I.3.1. Apport de la géomatique aux études
spatiotemporelles de l'occupation du sol 37
I.3.2. Apport de la géomatique à la
modélisation des processus érosifs 37
CHAPITRE II. METHODOLOGIE 41
II.1. Données utilisées 41
a. Le SRTM 41
b. Les images Satellitaires Landsat 41
a. Image Ikonos 43
b. Données Pédologique 43
II.2. Matériels 43
II.3. Méthodes et Procédure 43
II.3.1. Délimitation du bassin versant et du
réseau hydrographique 43
93
· Remplissage 44
· Détermination de la direction
d'écoulement 44
· Détermination de l'Accumulation de flux
44
· Evaluation conditionnelle pour l'outil CON
45
· Détermination de l'ordre
d'écoulement 45
· Détermination du bassin versant
45
II.3.2. Etude Spatio-temporelle de l'occupation de sol
45
II.3.3. Elaboration du NDVI 47
· Activation la barre d'outils Analyse d'image
47
· Vérification des propriétés
de sortie scientifique 48
· Clique sur l'icône NDVI 48
· Exportation du raster 48
II.3.4. Elaboration des cartes des ilots de chaleurs
48
· Conversion de nombres numériques (DN) en
réflectance TOA (Top Of Atmosphere)
49
· Conversion en température de
luminosité au satellite 49
· Calcul de la végétation
proportionnelle 50
· Calcul de l'émissivité surfacique
du sol (LSE) 50
· Calcul de la température de la surface du
sol (LST) 50
II.3.5. L'évaluation statistique de la
classification 51
II.3.6. La modélisation des processus
érosifs 51
· La couverture végétale
52
· Le Facteur LS 52
· L'érodabilité 54
II.3.6.2. Bilan 54
II.3.6.3. L'arborescence logique 54
Conclusion partielle 55
CHAPITRE III. PRESENTATION ET DISCUSSION DES RESULTATS
56
III.1. Occupation du sol 56
III.1.1. Analyse par An 56
· Occupation du sol en 1987 58
· Occupation du sol en 2001 58
· Occupation du sol en 2006 59
· Occupation du sol en 2013 59
94
? Occupation du sol en 2018 60
III.1.2. Analyse par Classe 60
III.1.2.1.Végétation arbustive &
Lambeau Forestier 60
III.1.2.2.Végétation Herbeuse & champs
62
III.1.2.3. Sol nu 64
III.1.2.4. Eau 66
III.1.2.5. Zones Anthropisées 68
III.1.2.5.1. Ilots de chaleur 70
III.1.2.6. Analyse du comportement des classes
d'occupation 72
III.1.2.7 Évaluation 73
III.2 La modélisation des processus érosifs
74
III.2.1 La carte du facteur LS 74
III.2.2 La carte d'érodabilité
74
III.2.3 La carte de sensibilité à
l'érosion 75
III.2.3.1. Discussion de la carte 77
Conclusion partielle 78
Conclusion 79
BIBLIOGRAPHIE 80
ANNEXES 82
Table des matières 90
